DE112020006926T5 - Halbleitervorrichtung und verfahren für eine fertigung einer halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und verfahren für eine fertigung einer halbleitervorrichtung Download PDF

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Naoki Yoshimatsu
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Abstract

Eine Aufgabe ist, eine Technik zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, eine Erzeugung eines Risses in einem Formharz zu unterbinden und ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen zu unterbinden. Eine Halbleitervorrichtung (100) weist einen Wärmeverteiler (1), ein Halbleiterelement (6), das auf einer oberen Oberfläche des Wärmeverteilers (1) vorgesehen ist, eine Isolierschicht (2), die auf einer unteren Oberfläche des Wärmeverteilers (1) vorgesehen ist, einen Leiterrahmen (8, 9), der über ein Lötmittel (10) mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements (6) verbunden ist, und ein Formharz (12), welches eine Endseite des Leiterrahmens (8, 9), das Halbleiterelement (6), den Wärmeverteiler (1) und die Isolierfolie (2) umschließt, auf. Ein Loch (14) ist von einer oberen Oberfläche des Formharzes (12) zu einer Verbindungsoberfläche des Leiterrahmens (8) mit dem Halbleiterelement (6) ausgebildet, und das Loch (14) ist mit einem Harz (13) mit einem niedrigen Youngschen Modul gefüllt, das einen Youngschen Modul aufweist, der niedriger ist als derjenige des Formharzes (12).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung.
  • Hintergrund Stand der Technik
  • Wenn eine harzvergossene Leistungshalbleitervorrichtung auf einem Kühler montiert wird, wird ein Wärmeableitungsfett eingefüllt, sodass eine Lücke einer Kontaktoberfläche mit dem Kühler gefüllt wird. Wärme, die von der Halbleitervorrichtung generiert wird, wird über das Fett zu dem Kühler übertragen, und die Halbleitervorrichtung wird durch einen Wärmeaustausch mit Kühlwasser oder Luft in dem Kühler gekühlt.
  • Um eine Halbleitervorrichtung in einen Inverter eines elektrischen Fahrzeugs oder dergleichen einzubinden, ist eine Verkleinerung der Halbleitervorrichtung notwendig, und eine Erhöhung einer Energiedichte eines Halbleiterelements ist notwendig. Deshalb sind die Verkleinerung und die Verbesserung einer Wärmeableitungsfähigkeit für die Halbleitervorrichtung notwendig. Deshalb ist es denkbar, den thermischen Widerstand durch ein Ersetzen des Fetts, das kaum Wärme leitet, in einem Wärmeableitungspfad mit einem Metall wie einem Lötmittel zu ersetzen, und Maßnahmen gegen ein Herauspumpen des Fetts, das zusammen mit dem wiederholten Betrieb des Halbleiterelements erzeugt wird, zu ergreifen.
  • Ein einfaches Ersetzen des Fetts durch das Lötmittel verursacht jedoch andere Probleme. Zum Beispiel schmilzt, da die Halbleitervorrichtung während der Zeit eines Lötens auf eine hohe Temperatur erhitzt werden muss, das Lötmittel zum Verbinden des Halbleiterelements und eines Leiterrahmens. Da sich das geschmolzene Lötmittel in einem Volumen ausdehnt, wird ein Riss in dem Formharz erzeugt, und es besteht eine Möglichkeit, dass das Lötmittel herausspritzt.
  • Eine Halbleitervorrichtung ist offenbart worden, in welcher ein Loch, welches eine Die-Kontaktstelle von einem Formharz durchdringt und zu einem Lötmittel führt, ausgebildet ist, um das Lötmittel freizugeben, das zu der Volumenausdehnung korrespondiert, wenn das Lötmittel, das ein Halbleiterelement und einen Leiterrahmen verbindet, schmilzt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
  • Dokument des Stands der Technik
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-259344 (1993)
  • Zusammenfassung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • In der im Patentdokument 1 beschriebenen Technik dringt jedoch Feuchtigkeit von außen durch das Loch ein, sodass es Bedenken über eine Verschlechterung einer Spannungsfestigkeit und Korrosion des Halbleiterelements gibt.
  • Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Technik zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, ein Erzeugen eines Risses in einem Formharz zu unterbinden und ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen zu unterbinden.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf: einen Wärmeverteiler; ein Halbleiterelement, das auf einer oberen Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; eine Isolierfolie, die auf einer unteren Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; einen Leiterrahmen, der über ein Lötmittel mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements verbunden ist; und ein Formharz, welches eine Endseite des Leiterrahmens, das Halbleiterelement, den Wärmeverteiler und die Isolierfolie umschließt, in welchem ein Loch von einer oberen Oberfläche des Formharzes zu einer Verbindungsoberfläche des Leiterrahmens mit dem Halbleiterelement ausgebildet ist, und in welchem das Loch mit einem Harz mit einem niedrigen Youngschen Modul gefüllt ist, das einen Youngschen Modul aufweist, der niedriger ist als ein Youngscher Modul des Formharzes.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird, wenn die Halbleitervorrichtung an einen Kühler gelötet wird, selbst wenn das Lötmittel, das das Halbleiterelement und den Leiterrahmen verbindet, schmilzt und sich in einem Volumen ausdehnt, das Harz mit dem niedrigen Youngschen Modul, das in das Loch gefüllt ist, aufgeweicht und in einer Richtung deformiert, dass es einen Raum in dem Loch bildet, sodass das überschüssige Lötmittel, das zu der Volumenausdehnung korrespondiert, in dem Loch aufgenommen werden kann. Als eine Folge ist es möglich, einen Anstieg des internen Drucks des Formharzes zu unterbinden, sodass es möglich ist, ein Erzeugen eines Risses in dem Formharz zu unterbinden.
  • Weiter kann, da das Loch mit dem Harz mit dem niedrigen Youngschen Modul gefüllt ist, Ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen unterbunden werden.
  • Die Aufgabe, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ersichtlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt, die durch Löten auf einem Kühler montiert ist.
    • 2 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 4 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
    • 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
    • 6 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
    • 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
    • 8 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • <Erste Ausführungsform>
  • Eine erste Ausführungsform wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, die durch Löten auf einem Kühler 50 montiert ist. 2 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt, wird die Halbleitervorrichtung 100 für einen Inverter, welcher einen Motor eines elektrischen Fahrzeugs, eines Zugs oder dergleichen steuert, und einen Konverter für eine Regenerierung verwendet. Die Halbleitervorrichtung 100 ist über ein Lötmittel 5 ohne Fett auf einer oberen Oberfläche des Kühler 50 montiert.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist einen Wärmeverteiler 1, ein Halbleiterelement 6, eine Isolierfolie 2, eine Mehrzahl von Leiterrahmen 8, eine Mehrzahl von Leiterrahmen 9 und ein Formharz 12 auf.
  • Das Halbleiterelement 6 ist über ein Lötmittel 7 auf einer oberen Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen. Die Isolierfolie 2 ist an einer unteren Oberfläche des Wärmeverteilers 1 befestigt. Die Isolierfolie 2 weist ein isolierendes Harz 3 und eine Kupferfolie 4 auf, die an einer unteren Oberfläche des isolierenden Harzes 3 befestigt sind.
  • Einer der Mehrzahl von Leiterrahmen 8 ist über ein Lötmittel 10 mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements 6 verbunden. Einer der Mehrzahl von Leiterrahmen 9 ist über einen Draht 11 mit dem Halbleiterelement 6 verbunden.
  • Das Formharz 12 besteht zum Beispiel aus Epoxidharz und bildet ein Gehäuse der Halbleitervorrichtung 100. Das Formharz 12 umschließt eine Endseite der Leiterrahmen 8 und 9, das Halbleiterelement 6, den Wärmeverteiler 1 und die Isolierfolie 2. Insbesondere umschließt das Formharz 12 Teile der Leiterrahmen 8 und 9 ausschließlich der äußeren Leiter 8a und 9a und Teile des Halbleiterelements 6, des Wärmeverteilers 1 und der Isolierfolie 2 ausschließlich der unteren Oberflächen. Deshalb ist die untere Oberfläche der Kupferfolie 4 der Isolierfolie 2 von dem Formharz 12 exponiert.
  • Ein Loch 14 ist von der oberen Oberfläche des Formharzes 12 zu der Verbindungsoberfläche mit dem Halbleiterelement 6 in dem Leiterrahmen 8, mit welchem das Halbleiterelement 6 verbunden ist, ausgebildet. Das Loch 14 ist in einer vertikalen zylindrischen Form ausgebildet, und die Kontur des Lochs 14 in eine Draufsicht ist kleiner als die Kontur des Lötmittels 10, das auf der Verbindungsoberfläche des Halbleiterelements 6 angeordnet ist, in einer Draufsicht. Das Loch 14 ist mit einem Harz 13 mit einem niedrigen Youngschen Modul, das einen Youngschen Modul geringer als derjenige des Formharzes 12 aufweist, gefüllt. Das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul ist zum Beispiel ein Silikonharz.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Zuerst wird in einem Die-Bonding-Schritt das Halbleiterelement 6 durch das Lötmittel 7 mit dem Wärmeverteiler 1 verbunden.
  • Als Nächstes werden in einem Rahmenverbindungsschritt die Leiterrahmen 8 und 9 durch Haltevorrichtungen fixiert, sodass ein konstanter Abstand von dem durch Die-Bonding verbundenen Halbleiterelement 6 gehalten wird, geschmolzenes Lötmittel wird von einem Lötmittelbereitstellungsloch (nicht dargestellt) des Leiterrahmens 8 eingegossen, und das Halbleiterelement 6 und der Leiterrahmen 8 werden durch ein Auffüllen des Abstands zwischen ihnen verbunden.
  • Als Nächstes wird in einem Wire-Bonding-Schritt eine Signaldrahtkontaktstelle des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 9 durch den Draht 11 verbunden.
  • Als Nächstes wird in einem Gießschritt zuerst die Isolierfolie 2 auf einer unteren Oberfläche einer unteren Gussform angebracht, die ein unteres Teil einer Gussform bildet. Ein vollständig durch Wire-Bonding verbundenes Produkt, welches ein Aufbau des Wärmeverteilers 1, des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 8 und 9 ist, wird darauf angebracht. Als Nächstes wird eine obere Gussform, die ein oberes Teil der Gussform bildet geschlossen.
  • Dann wird ein Harz als eine Basis des geschmolzenen Formharzes 12 von dem Einlass der Gussform in den Hohlraum der Gussform gegossen, um das Harz in der Gussform auszuhärten, und dann wird die Gussform geöffnet, um die Halbleitervorrichtung 100 herauszunehmen. Zu dieser Zeit werden ein Übergang zwischen dem isolierenden Harz 3 der Isolierfolie 2 und dem Wärmeverteiler 1 und ein Übergang zwischen dem isolierenden Harz 3 und dem Formharz 12 durch Aufweichen des isolierenden Harzes 3 der Isolierschicht 2 verbunden.
  • Als Nächstes werden in einem Leiterbearbeitungsschritt unnötige Verbindungsteile in den Leiterrahmen 8 und 9 unter Verwendung einer Leiterbearbeitungsform abgeschnitten und in eine vorbestimmte Form gebogen.
  • Als Nächstes wird das Loch 14 von der oberen Oberfläche des Formharzes 12 zu der Verbindungsoberfläche des Leiterrahmens 8 mit dem Halbleiterelement 6 ausgebildet. Das Loch 14 wird mit dem Harz 13 mit einem niedrigen Youngschen Modul, wie einem Silikonharz, gefüllt und das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul wird ausgehärtet. Es ist zu beachten, dass als ein Verfahren für ein Ausbilden des Lochs 14 in dem Formharz 12 und dem Leiterrahmen 8 ein mechanisches Verfahren, wie Stanzen oder Laserbearbeitung, oder ein chemisches Verfahren, wie Ätzen, verwendet wird.
  • Als Nächstes wird die Halbleitervorrichtung 100 an die obere Oberfläche des Kühlers 50 gelötet, sodass Wärme ohne ein Fett abgeführt werden kann.
  • Als Nächstes werden Funktionen und Wirkungen der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 100 an den Kühler 50 gelötet wird, müssen der Kühler 50 und die Halbleitervorrichtung 100 auch auf eine Temperatur gleich oder höher als die Schmelztemperatur des Lötmittels 5 gebracht werden, um das Lötmittel 5 anzupassen. Dann schmilzt auch das Lötmittel in dem Formharz 12 und das Volumen des Lötmittels dehnt sich aus.
  • Das Volumen des Teils, wo das Lötmittel in dem Formharz 12 vorhanden ist, ist gleich dem Volumen des Lötmittels vor dem Schmelzen, und ein Volumen zum Freigeben des geschmolzenen Lötmittels wird in dem Formharz 12 benötigt. Ein hartes Harz, wie Epoxid, wird allgemein als das Formharz 12 verwendet, und es besteht ein Problem, dass ein Riss in dem Formharz 12 auftritt, wenn das Formharz 12 aufgrund eines Anstiegs eines internen Drucks deformiert wird.
  • Andererseits weist die Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform auf: den Wärmeverteiler 1; das Halbleiterelement 6, das auf der oberen Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen ist; die Isolierfolie 2, die auf der unteren Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen ist; die Leiterrahmen 8 und 9, die über das Lötmittel 10 mit der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 6 verbunden sind; und das Formharz 12, welches die einen Endseiten der Leiterrahmen 8 und 9, das Halbleiterelement 6, den Wärmeverteiler 1 und die Isolierfolie 2 umschließt. Das Loch 14 ist von der oberen Oberfläche des Formharzes 12 zu der Verbindungsoberfläche des Leiterrahmens 8 mit dem Halbleiterelement 6 ausgebildet, und das Loch 14 ist mit dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul, das einen Youngschen Modul niedriger als derjenige des Formharzes 12 aufweist, gefüllt.
  • Deshalb wird, wenn die Halbleitervorrichtung 100 an den Kühler 50 gelötet wird, selbst wenn das Lötmittel 10, das das Halbleiterelement 6 und den Leiterrahmen 8 verbindet, schmilzt und sich in einem Volumen ausdehnt, das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul, das in das Loch 14 gefüllt ist, aufgeweicht und in der Richtung deformiert, dass es einen Raum in dem Loch 14 bildet, sodass das überschüssige Lötmittel 10, das zu der Volumenausdehnung korrespondiert, in dem Loch 14 aufgenommen werden kann. Als eine Folge ist es möglich, einen Anstieg des internen Drucks des Formharzes 12 zu unterbinden, sodass es möglich ist, ein Erzeugen eines Risses in dem Formharz 12 zu unterbinden.
  • Weiter kann, da das Loch 14 mit dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul gefüllt ist, ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen unterbunden werden. Dies ermöglicht es, eine Verschlechterung einer Spannungsfestigkeit und Korrosion des Halbleiterelements 6 zu unterbinden. Wie vorstehend beschrieben, kann die Halbleitervorrichtung 100 für eine lange Zeitspanne verwendet werden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine Halbleitervorrichtung 100A gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. 3 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 100A. 4 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100A darstellt. Es ist zu beachten, dass in der zweiten Ausführungsform die gleichen Komponenten wie diejenigen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und eine Beschreibung derselben weggelassen ist.
  • Wie in 3 dargestellt, ist in der zweiten Ausführungsform eine Struktur des Lochs 14 verschieden von derjenigen der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Loch 14 weist ein harzseitiges Loch 14a und ein Lötmittelbereitstellungsloch 14b auf. Es ist zu beachten, dass in 3 das Biegen in dem Leiterbearbeitungsschritt nicht ausgeführt wird.
  • Das Lötmittelbereitstellungsloch 14b ist auf eine durchdringende Weise in dem Leiterrahmen 8 ausgebildet und ist ein vertikales zylindrisches Loch, zu welchem das geschmolzene Lötmittel bereitgestellt wird, um das Lötmittel 10 zwischen dem Leiterrahmen 8 und dem Halbleiterelement 6 in dem Rahmenverbindungsschritt auszubilden. Das harzseitige Loch 14a ist von der oberen Oberfläche des Formharzes 12 zu der oberen Oberfläche des Leiterrahmens 8 ausgebildet. Das harzseitige Loch 14a ist ein vertikales zylindrisches Loch und ist mit dem Lötmittelbereitstellungsloch 14b verbunden. Die Kontur des harzseitigen Lochs 14a in einer Draufsicht ist so ausgebildet, dass sie größer ist als die Kontur des Lötmittelbereitstellungslochs 14b in einer Draufsicht.
  • Das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul wird in das Loch 14, das heißt, das harzseitige Loch 14a und das Lötmittelbereitstellungsloch 14b, gefüllt.
  • Als Nächstes wird das Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100A mit Bezug auf 4 beschrieben. Hier werden nur Teile beschrieben, die von denjenigen in der ersten Ausführungsform verschieden sind.
  • Wie in 4 dargestellt, ist ein zylindrischer Stift 33, der nach unten vorsteht, in einer oberen Gussform 31 vorgesehen, die eine Gussform 30 bildet. Wenn die Gussform 30 festgeklemmt wird, stößt der Stift 33 an den Umfang des Lötmittelbereitstellungslochs 14b in dem Leiterrahmen 8 an.
  • Nachdem der Die-Bonding-Schritt, der Rahmenverbindungsschritt und der Wire-Bonding-Schritt abgeschlossen sind, wird in dem Gießschritt zuerst die Isolierfolie 2 auf der unteren Oberfläche der unteren Gussform 32 angeordnet, die das untere Teil der Gussform 30 bildet. Ein vom Wire-Bonding her vollständiges Produkt, welches ein Aufbau des Wärmeverteilers 1, des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 8 und 9 ist, wird darauf angeordnet. Als Nächstes wird die obere Gussform 31, die das obere Teil der Gussform 30 bildet, geschlossen.
  • Dann wird ein Harz als eine Basis des geschmolzenen Formharzes 12 von dem Einlass der Gussform 30 in den Hohlraum 30a der Gussform 30 eingegossen, um das Harz in der Gussform 30 auszuhärten. Zu dieser Zeit tritt, da der Stift 33 in Kontakt mit dem Umfang des Lötmittelbereitstellungslochs 14b ist, selbst wenn das Harz in den Hohlraum 30a eingefüllt wird, das Harz nicht in das Lötmittelbereitstellungsloch 14b ein. Weiter sind, da das harzseitige Loch 14a an der Position des Stifts 33 ausgebildet ist, das harzseitige Loch 14a und das Lötmittelbereitstellungsloch 14b miteinander verbunden, sodass sie das Loch 14 bilden.
  • Die Gussform 30 wird geöffnet und die Halbleitervorrichtung 100A wird herausgenommen. Zu dieser Zeit werden ein Übergang zwischen dem isolierenden Harz 3 der Isolierfolie 2 und dem Wärmeverteiler 1 und ein Übergang zwischen dem isolierenden Harz 3 und dem Formharz 12 durch Aufweichen des isolierenden Harzes 3 der Isolierfolie 2 verbunden. Als Nächstes wird der Leiterbearbeitungsschritt ausgeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist in der Halbleitervorrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform das Teil des Lochs 14, das in dem Leiterrahmen 8 ausgebildet wird, das Lötmittelbereitstellungsloch 14b, durch welches das Lötmittel zwischen dem Leiterrahmen 8 und dem Halbleiterelement 6 bereitgestellt wird.
  • Deshalb kann zusätzlich zu der Wirkung ähnlich zu derjenigen der ersten Ausführungsform das Loch 14 durch ein Verwenden des Lötmittelbereitstellungslochs 14b, das ursprünglich in dem Leiterrahmen 8 als ein Teil des Lochs, das mit dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul gefüllt wird, ausgebildet wird, leichter ausgebildet werden.
  • Weiter umfasst das Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform: einen Schritt (a) eines Anordnens der Isolierfolie 2 und des Aufbaus des Wärmeverteilers 1, des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 8 und 9 auf der unteren Oberfläche der unteren Gussform 32; einen Schritt (b) eines Bringens des Stifts 33, der in der oberen Gussform 31 vorgesehen ist, in Kontakt mit dem Umfang des Lötmittelbereitstellungslochs 14b auf der oberen Oberfläche des Leiterrahmens 8, Festklemmen der Gussform 30 in einem Zustand, in welchem der Stift 33 das Lötmittelbereitstellungsloch 14b verschließt, Einfüllen eines Harzes in den Hohlraum 30a, der durch die obere Gussform 31 und die untere Gussform 32 gebildet wird, und Gießen des Formharzes 12, das das Loch 14 aufweist; und einen Schritt (c) eine Einfüllens des Harzes 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul in das Loch 14.
  • Deshalb ist es, da das Loch 14 in dem Schritt (b) des Gießens des Formharzes 12 ausgebildet wird, nicht notwendig, nach diesem Schritt ein Loch in dem Formharz 12 zu schaffen.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine Halbleitervorrichtung 100B gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. 5 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100B darstellt. Es ist zu beachten, dass in der dritten Ausführungsform die gleichen Komponenten wie diejenigen, die in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und eine Beschreibung derselben weggelassen ist.
  • Wie in 5 dargestellt, wird in der dritten Ausführungsform das harzseitige Loch 14a nicht ausgebildet, und nur das Lötmittelbereitstellungsloch 14b wird mit dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul gefüllt. Deshalb ist das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul nicht auf der oberen Oberfläche des Formharzes 12 exponiert. Es ist zu beachten, dass in 5 ein Biegen in dem Leiterbearbeitungsschritt nicht ausgeführt wird.
  • Als Nächstes wird das Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100B mit Bezug auf 6 beschrieben. Hier werden nur Teile beschrieben, die von denjenigen in der ersten und zweiten Ausführungsform verschieden sind.
  • Wie in 6 dargestellt, ist der Stift 33 nicht in der oberen Gussform 31 vorgesehen, die die Gussform 30 bildet. Nachdem der Die-Bonding-Schritt, der Rahmenverbindungsschritt und der Wire-Bonding-Schritt abgeschlossen sind, wird das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul vor dem Gießschritt in das Lötmittelbereitstellungsloch 14b gefüllt, und das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul wird ausgehärtet.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist die Halbleitervorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform auf: den Wärmeverteiler 1; das Halbleiterelement 6, das auf der oberen Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen ist; die Isolierfolie 2, die auf der unteren Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen ist; die Leiterrahmen 8 und 9, die über das Lötmittel 10 mit der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 6 verbunden sind; und das Formharz 12, das eine Endseite der Leiterrahmen 8 und 9, das Halbleiterelement 6, den Wärmeverteiler 1 und die Isolierfolie 2 umschließt. Das Lötmittelbereitstellungsloch 14b, an welches das Lötmittel zwischen dem Leiterrahmen 8 und dem Halbleiterelement 6 bereitgestellt wird, ist in dem Leiterrahmen 8 ausgebildet, und das Lötmittelbereitstellungsloch 14b wird mit dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul gefüllt, das einen Youngschen Modul niedriger als derjenige des Formharzes 12 aufweist. Als Nächstes werden der Gießschritt und der Leiterbearbeitungsschritt ausgeführt.
  • Deshalb wird, wenn die Halbleitervorrichtung 100B an den Kühler 50 gelötet wird, selbst wenn das Lötmittel 10, das das Halbleiterelement 6 und den Leiterrahmen 8 verbindet, schmilzt und sich in einem Volumen ausdehnt, das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul, das in das Lötmittelbereitstellungsloch 14b gefüllt wird, aufgeweicht und in einer Richtung deformiert, dass es einen Raum in dem Lötmittelbereitstellungsloch 14b bildet, sodass das überschüssige Lötmittel 10, das zu der Volumenausdehnung korrespondiert, in dem Lötmittelbereitstellungsloch 14b aufgenommen werden kann. Als eine Folge ist es möglich, einen Anstieg des internen Drucks des Formharzes 12 zu unterbinden, sodass es möglich ist, eine Erzeugung eines Risses in dem Formharz 12 zu unterbinden.
  • Weiterhin ist es, da der Übergang zwischen dem Formharz 12 und dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul nicht auf der oberen Oberfläche des Formharzes 12 exponiert ist, möglich, weiter ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen zu unterbinden. Dies ermöglicht es, eine Verschlechterung einer Spannungsfestigkeit und eine Korrosion des Halbleiterelements 6 zu unterbinden.
  • Das Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform umfasst einen Schritt (d) eines Anordnens der Isolierfolie 2 und des Aufbaus des Wärmeverteilers 1, des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 8 und 9 auf der unteren Oberfläche der unteren Gussform 32, einen Schritt (e) eine Einfüllens des Harzes 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul in das Lötmittelbereitstellungsloch 14b des Leiterrahmens 8 und einen Schritt (f) eines Festklemmens der Gussform 30 und eines Einfüllens des Harzes in den Hohlraum 30a, der durch die obere Gussform 31 und die untere Gussform 32 gebildet wird, um das Formharz 12 zu gießen.
  • Deshalb ist es durch ein Verwenden des Lötmittelbereitstellungslochs 14b nicht notwendig, nach dem Gießschritt ein Loch in dem Formharz 12 zu schaffen, und die Halbleitervorrichtung 100B kann einfach gefertigt werden.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine Halbleitervorrichtung 100C gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform. 8 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100C darstellt. Es ist zu beachten, dass in der vierten Ausführungsform die gleichen Komponenten wie diejenigen, die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und eine Beschreibung davon weggelassen ist.
  • Wie in 7 dargestellt, weist in der vierten Ausführungsform die Halbleitervorrichtung 100C verglichen mit der Halbleitervorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform einen Deckel 20 auf. Weiter ist das Lötmittelbereitstellungsloch 14b nicht mit dem Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul gefüllt. Es ist zu beachten, dass in 7 in dem Leiterbearbeitungsschritt ein Biegen nicht ausgeführt wird.
  • Der Deckel 20 besteht aus einer Harzplatte oder einer Metallplatte, sodass er durch den Druck des Formharzes 12 nicht deformiert wird, und ist um das Lötmittelbereitstellungsloch 14b auf der oberen Oberfläche des Leiterrahmens 8 angeordnet. Der Deckel 20 weist eine Kontur auf, die größer ist als die Kontur des Lötmittelbereitstellungslochs 14b in einer Draufsicht, sodass er geeignet ist, das Lötmittelbereitstellungsloch 14b zu verschließen. Die obere Seite des Lötmittelbereitstellungslochs 14b wird durch den Deckel 20 verschlossen, und die untere Seite des Lötmittelbereitstellungslochs 14b wird durch das Lötmittel 10 verschlossen. Das heißt, ein Raum wird an einer Position in Kontakt mit dem Lötmittel 10 gebildet. Deshalb kann, selbst wenn das Lötmittel 10, das das Halbleiterelement 6 und den Leiterrahmen 8 verbindet, schmilzt und sich in einem Volumen ausdehnt, das überschüssige Lötmittel 10, das zu der Volumenausdehnung korrespondiert, in dem Lötmittelbereitstellungsloch 14b aufgenommen werden.
  • Als Nächstes wird das Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100C mit Bezug auf 8 beschrieben. Hier werden nur Teile beschrieben, die von denjenigen in der ersten bis dritten Ausführungsform verschieden sind.
  • Nachdem der Die-Bonding-Schritt, der Rahmenverbindungsschritt und der Wire-Bonding-Schritt abgeschlossen sind, wird in dem Gießschritt zuerst die Isolierfolie 2 auf der unteren Oberfläche der unteren Gussform 32 angeordnet, die das untere Teil der Gussform 30 bildet. Ein vom Wire-Bonding her vollendetes Produkt, welches ein Aufbau des Wärmeverteilers 1, des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 8 und 9 ist, wird darauf angeordnet. Der Deckel 20 wird um das Lötmittelbereitstellungsloch 14b auf der oberen Oberfläche des Leiterrahmens 8 angeordnet, und ein Raum, der von dem Deckel 20, dem Lötmittelbereitstellungsloch 14b und dem Lötmittel 10 umgeben ist, wird gebildet. Als Nächstes wird die obere Gussform 31, die das obere Teil der Gussform 30 bildet, geschlossen.
  • Dann wird ein Harz als eine Basis des geschmolzenen Formharzes 12 von dem Einlass der Gussform 30 in den Hohlraum 30a der Gussform 30 eingegossen, um das Harz in der Gussform 30 auszuhärten, und dann wird die Gussform geöffnet, um die Halbleitervorrichtung 100 herauszunehmen. Zu dieser Zeit werden ein Übergang zwischen dem isolierenden Harz 3 der Isolierfolie 2 und dem Wärmeverteiler 1 und ein Übergang zwischen dem isolierenden Harz 3 und dem Formharz 12 durch ein Aufweichen des isolierenden Harzes 3 der Isolierfolie 2 verbunden. Als Nächstes wird der Leiterbearbeitungsschritt ausgeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben weist die Halbleitervorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform auf: den Wärmeverteiler 1; das Halbleiterelement 6, das auf der oberen Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen ist; die Isolierfolie 2, die auf der unteren Oberfläche des Wärmeverteilers 1 vorgesehen ist; die Leiterrahmen 8 und 9, die über das Lötmittel 10 mit der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 6 verbunden sind; und das Formharz 12, welches die einen Endseiten der Leiterrahmen 8 und 9, das Halbleiterelement 6, den Wärmeverteiler 1 und die Isolierfolie 2 umschließt. Das Lötmittelbereitstellungsloch 14b, zu welchen das Lötmittel zwischen dem Leiterrahmen 8 und dem Halbleiterelement 6 bereitgestellt wird, ist in dem Leiterrahmen 8 ausgebildet, und die Halbleitervorrichtung 100C weist weiter einen Deckel 20 auf, der um das Lötmittelbereitstellungsloch 14b auf der oberen Oberfläche des Leiterrahmens 8 angeordnet ist, um das Lötmittelbereitstellungsloch 14b zu verschließen.
  • Deshalb kann, wenn die Halbleitervorrichtung 100C an den Kühler 50 gelötet wird, selbst wenn das Lötmittel 10, das das Halbleiterelement 6 und den Leiterrahmen 8 verbindet, schmilzt und sich in einem Volumen ausdehnt, das überschüssige Lötmittel 10, das zu der Volumenausdehnung korrespondiert, in dem Lötmittelbereitstellungsloch 14b aufgenommen werden. Als eine Folge ist es möglich, einen Anstieg des internen Drucks des Formharzes 12 zu unterbinden, sodass es möglich ist, eine Erzeugung eines Risses in dem Formharz 12 zu unterbinden.
  • Weiterhin kann, da der Raum, der in der Lage ist, das Lötmittel 10 aufzunehmen, nicht auf der oberen Oberfläche des Formharzes 12 exponiert ist, ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen weiter unterbunden werden. Dies ermöglicht es, weiter eine Verschlechterung einer Spannungsfestigkeit und eine Korrosion des Halbleiterelements 6 zu unterbinden.
  • Weiter umfasst das Verfahren für eine Fertigung der Halbleitervorrichtung 100C einen Schritt (g) eines Anordnens der Isolierfolie 2 und des Aufbaus des Wärmeverteilers 1, des Halbleiterelements 6 und der Leiterrahmen 8 und 9 auf der unteren Oberfläche der unteren Gussform 32, und einen Schritt (h) eines Anordnens des Deckels 20 um das Lötmittelbereitstellungsloch 14b auf den oberen Oberflächen der Leiterrahmen 8 und 9, Festklemmen der Gussform 30 in einem Zustand, in welchem der Deckel 20 das Lötmittelbereitstellungsloch 14b verschließt, und Einfüllen eines Harzes in den Hohlraum 30a, der durch die obere Gussform 31 und die untere Gussform 32 gebildet wird, um das Formharz 12 zu gießen.
  • Deshalb ist es durch das Verwenden des Lötmittelbereitstellungslochs 14b nicht notwendig, nach dem Gießschritt ein Loch in dem Formharz 12 zu schaffen. Weiterhin kann, da es nicht notwendig ist, das Harz 13 mit dem niedrigen Youngschen Modul einzufüllen, die Halbleitervorrichtung 100C einfacher gefertigt werden.
  • Obwohl diese Offenbarung detailliert beschrieben worden ist, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten darstellend und nicht einschränkend. Es wird verstanden, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht dargestellt sind, angenommen werden können.
  • Es ist zu beachten, dass die Ausführungsformen frei kombiniert werden können, und die Ausführungsformen können geeignet modifiziert oder weggelassen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmeverteiler
    2
    Isolierfolie
    6
    Halbleiterelement
    8, 9
    Leiterrahmen
    10
    Lötmittel
    12
    Formharz
    13
    Harz mit niedrigem Youngschem Modul
    14
    Loch
    14b
    Lötmittelbereitstellungsloch
    20
    Deckel
    30
    Gussform
    30a
    Hohlraum
    31
    obere Gussform
    32
    untere Gussform
    33
    Stift
    100, 100A, 100B, 100C
    Halbleitervorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5259344 [0006]

Claims (7)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Wärmeverteiler; ein Halbleiterelement, das auf einer oberen Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; eine Isolierfolie, die auf einer unteren Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; einen Leiterrahmen, der über ein Lötmittel mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements verbunden ist; und ein Formharz, welches eine Endseite des Leiterrahmens, das Halbleiterelement, den Wärmeverteiler und die Isolierfolie umschließt; wobei ein Loch von einer oberen Oberfläche des Formharzes zu einer Verbindungsoberfläche des Leiterrahmens mit dem Halbleiterelement ausgebildet ist, und wobei das Loch mit einem Harz mit einem niedrigen Youngschen Modul gefüllt ist, das einen Youngschen Modul aufweist, der niedriger ist als ein Youngscher Modul des Formharzes.
  2. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Teil des Lochs, das in dem Leiterrahmen ausgebildet ist, ein Lötmittelbereitstellungsloch ist, durch welches das Lötmittel zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement bereitgestellt wird.
  3. Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Wärmeverteiler; ein Halbleiterelement, das auf einer oberen Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; eine Isolierfolie, die auf einer unteren Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; einen Leiterrahmen, der über ein Lötmittel mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements verbunden ist; ein Formharz, welches eine Endseite des Leiterrahmens, das Halbleiterelement, den Wärmeverteiler und die Isolierfolie umschließt, wobei ein Lötmittelbereitstellungsloch, durch welches das Lötmittel zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement bereitgestellt wird, in dem Leiterrahmen ausgebildet ist, und wobei das Lötmittelbereitstellungsloch mit einem Harz mit einem niedrigen Youngschen Modul gefüllt ist, das einen Youngschen Modul aufweist, der niedriger ist als ein Youngscher Modul des Formharzes.
  4. Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Wärmeverteiler; ein Halbleiterelement, das auf einer oberen Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; eine Isolierfolie, die auf einer unteren Oberfläche des Wärmeverteilers vorgesehen ist; einen Leiterrahmen, der über ein Lötmittel mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements verbunden ist; und ein Formharz, welches eine Endseite des Leiterrahmens, das Halbleiterelement, den Wärmeverteiler und die Isolierfolie umschließt, wobei ein Lötmittelbereitstellungsloch, durch welches das Lötmittel zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement bereitgestellt wird, in dem Leiterrahmen ausgebildet ist, und wobei die Halbleitervorrichtung weiter einen Deckel aufweist, der um das Lötmittelbereitstellungsloch auf einer oberen Oberfläche des Leiterrahmens angeordnet ist, um das Lötmittelbereitstellungsloch zu verschließen.
  5. Verfahren für eine Fertigung einer Halbleitervorrichtung zum Fertigen der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Verfahren umfasst: (a) Anordnen der Isolierfolie und des Aufbaus des Wärmeverteilers, des Halbleiterelements und des Leiterrahmens auf einer unteren Oberfläche einer unteren Gussform; (b) Bringen eines Stifts, der in einer oberen Gussform vorgesehen ist, in Kontakt mit einem Umfang des Lötmittelbereitstellungslochs auf einer oberen Oberfläche des Leiterrahmens, Festklemmen einer Gussform in einem Zustand, in welchem der Stift das Lötmittelbereitstellungsloch verschließt, und Einfüllen eines Harzes in einen Hohlraum, der durch die obere Gussform und die untere Gussform gebildet wird, um das Formharz zu gießen, das das Loch aufweist; und (c) Einfüllen des Harzes mit dem niedrigen Youngschen Modul in das Loch.
  6. Verfahren für eine Fertigung einer Halbleitervorrichtung zum Fertigen der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren umfasst: (d) Anordnen der Isolierfolie und des Aufbaus des Wärmeverteilers, des Halbleiterelements und des Leiterrahmens auf einer unteren Oberfläche einer unteren Gussform; (e) Einfüllen des Harzes mit dem niedrigen Youngschen Modul in das Lötmittelbereitstellungsloch des Leiterrahmens; und (f) Ausführen eines Festklemmens einer Gussform und Einfüllen eines Harzes in einen Hohlraum, der durch eine obere Gussform und die untere Gussform gebildet wird, um das Formharz zu gießen.
  7. Verfahren für eine Fertigung einer Halbleitervorrichtung zum Fertigen der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Verfahren umfasst: (g) Anordnen der Isolierfolie und des Aufbaus des Wärmeverteilers, des Halbleiterelements und des Leiterrahmens auf einer unteren Oberfläche einer unteren Gussform; und (h) Anordnen des Deckels um das Lötmittelbereitstellungsloch auf einer oberen Oberfläche des Leiterrahmens, Festklemmen einer Gussform in einem Zustand, in welchem der Deckel das Lötmittelbereitstellungsloch verschließt, und Einfüllen eines Harzes in einen Hohlraum, der durch eine obere Gussform und die untere Gussform gebildet wird, um das Formharz zu gießen.
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