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PRIORITÄTSANSPRUCH
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Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil des Einreichungsdatums der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
63/199,873 , eingereicht am 29. Januar 2021, für Lead-Frames für Halbleitergehäuse mit erhöhter Zuverlässigkeit", und beansprucht den Vorteil des Einreichungsdatums der US-Patentanmeldung Nr.
17/314,535 , eingereicht am 7. Mai 2021, für „Lead Frames for Semiconductor Packages with Increased Reliability“.
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GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse. Insbesondere beziehen sich die offenbarten Ausführungsformen auf Konstruktionen für Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse, welche die Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen erhöhen können.
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STAND DER TECHNIK
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Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse schließen üblicherweise ein Chip-Befestigungspad zum Stützen eines Halbleiterchips und Lead-Finger zum Routen von Signalen zu und von Bondpads des Halbleiterchips ein. Zum Beispiel kann ein Ätzen über die gesamte Dicke eines Streifens eines elektrisch leitfähigen Materials durchgeführt werden, um primäre Merkmale der Lead-Frames zu bilden, und ein partielles Ätzen kann durchgeführt werden, um Routing-Geometrien für den Lead-Frame zu bilden. Ein solcher Prozess kann insbesondere für den sogenannten „Quad-Flat, No-Leads“ (QFN)-Formfaktor für Lead-Frames angewendet werden, wobei sich die Lead-Finger und das Chip-Befestigungspad auf der gleichen Ebene befinden, Abschnitte der Lead-Finger zum Herstellen funktionsfähiger Verbindungen mit dem Gehäuse der Halbleitervorrichtung freigelegt werden und ein Abschnitt des Chip-Befestigungspads zur Verbesserung des Wärmemanagements freigelegt werden kann.
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OFFENBARUNG
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In einigen Ausführungsformen können Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse Lead-Finger in der Nähe eines Chip-Befestigungspads einschließen. Eine konvexe Ecke des Chip-Befestigungspads oder der Lead-Finger in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame kann abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads beträgt, gemessen in einer Richtung, die senkrecht zu einer Hauptoberfläche des Chip-Befestigungspads verläuft. Ein kürzester Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad und einem der größten Lead-Finger kann das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr betragen.
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In anderen Ausführungsformen können Halbleitervorrichtungsgehäuse einen Lead-Frame mit einem Chip-Befestigungspad, auf dem ein Halbleiterchip befestigt ist, und Lead-Finger einschließen, die elektrisch mit den Bondpads des Halbleiterchips verbunden sind. Eine konvexe Ecke des Chip-Befestigungspads oder der Lead-Finger in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame kann abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads beträgt, gemessen in einer Richtung, die senkrecht zu einer Hauptoberfläche des Chip-Befestigungspads verläuft. Ein kürzester Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad und einem größten der Lead-Finger kann das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr betragen.
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In anderen Ausführungsformen können Verfahren zum Herstellen von Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse das Entfernen von Material von einem Streifen eines elektrisch leitfähigen Materials beinhalten, um eine Reihe von Lead-Frames zu bilden, die jeweils ein Chip-Befestigungspad und Lead-Finger aufweisen. Eine konvexe Ecke des Chip-Befestigungspads oder der Lead-Finger in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame kann zum Abrunden ausgebildet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens das Zweifache einer größten Dicke des Chip-Befestigungspads, gemessen in einer Richtung, die senkrecht zu einer Hauptoberfläche des Chip-Befestigungspads verläuft, oder mehr beträgt. Ein kürzester Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad und einem der größten Lead-Finger kann so definiert werden, dass er das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr beträgt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Während diese Offenbarung mit Ansprüchen endet, die bestimmte Ausführungsformen besonders hervorheben und eindeutig beanspruchen, können verschiedene Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung leichter aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ermittelt werden. In den Zeichnungen:
- 1A und 1B sind Querschnittsseitenansichten davon, wie ein Abschnitt eines Halbleitervorrichtungsgehäuses, das dem Erfinder bekannt ist und ein elektrisch leitfähiges Element zwischen einem Halbleiterchip und einem Lead-Frame einschließt, bei einem Ausfall unter Vergrößerung aussehen kann;
- 2A und 2B sind Querschnittsseitenansichten davon, wie ein Einkapselungsmaterial eines Halbleitervorrichtungsgehäuses, das dem Erfinder bekannt ist, unter Vergrößerung nach einer Temperaturschwankung aussehen kann;
- 3 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Halbleitervorrichtungsgehäuses einschließlich eines Lead-Frame gemäß dieser Offenbarung;
- 4 ist eine Draufsicht auf einen schematischen Lead-Frame für ein Halbleitervorrichtungsgehäuse gemäß dieser Offenbarung; und
- 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Lead-Frame von 4.
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ART(EN) ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Die in dieser Offenbarung präsentierten Veranschaulichungen sollen keine tatsächlichen Ansichten eines bestimmten Halbleitervorrichtungsgehäuses, Lead-Frame oder einer Komponente davon sein, sondern sind lediglich idealisierte Darstellungen, die zum Beschreiben veranschaulichender Ausführungsformen eingesetzt werden. Daher sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu.
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Offenbarte Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Konstruktionen für Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse, welche die Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen erhöhen können. Insbesondere sind Ausführungsformen von Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse offenbart, wobei mindestens eine konvexe Ecke des Chip-Befestigungspads oder die Lead-Finger in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frames abgerundet sind. Zum Beispiel können mindestens eine konvexe Ecke des Chip-Befestigungspads, die Lead-Finger in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame oder beides abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens das Zweifache einer größten Dicke des Chip-Befestigungspads beträgt, gemessen in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche des Chip-Befestigungspads. In einigen Ausführungsformen kann jede konvexe Ecke des Chip-Befestigungspads abgerundet sein und jeweils einen Krümmungsradius aufweisen, der etwa das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr beträgt. In einigen Ausführungsformen kann jede konvexe Ecke der Lead-Finger in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frames abgerundet sein. Jede konvexe Ecke in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frames derjenigen Lead-Finger, deren Oberflächenbereich größer ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger, kann abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der z. B. etwa das Zweifache der durchschnittlichen Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr beträgt. In einigen Ausführungsformen können mindestens einige der abgerundeten konvexen Ecken einen Krümmungsradius aufweisen, der etwa das Dreifache bis Fünffache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads beträgt.
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Zusätzlich sind Ausführungsformen von Lead-Frames für Halbleitervorrichtungsgehäuse offenbart, wobei der Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad und den Lead-Fingern und gegebenenfalls zwischen angrenzenden Lead-Fingern in Positionen in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frames im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen für Lead-Frames vergrößert werden kann, insbesondere bei großen Lead-Fingern, wobei diese Lead-Finger einen Oberflächenbereich aufweisen, der größer ist als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger. Zum Beispiel kann ein kürzester Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad und einem größten der Lead-Finger etwa das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr betragen. Insbesondere kann der kürzeste Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad und jedem der Lead-Finger mit einem Oberflächenbereich, der größer ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich (z. B. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger, etwa das Zweifache der durchschnittlichen Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr betragen. Als weiteres Beispiel kann der kürzeste Abstand zwischen den zwei größten Lead-Fingern etwa das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder mehr betragen. Insbesondere kann der kürzeste Abstand zwischen einzelnen Lead-Fingern, die einen Oberflächenbereich aufweisen, der größer ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich der Lead-Finger, zwischen etwa dem Dreifachen und dem Fünffachen der größten Dicke des Chip-Befestigungspads liegen.
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Das Reduzieren der Schärfe von konvexen Ecken der Komponenten des Lead-Frames und das Vergrößern des Abstands zwischen den Komponenten des Lead-Frames kann die Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit des resultierenden Halbleitervorrichtungsgehäuses vorteilhaft erhöhen. Zum Beispiel kann das Abrunden der konvexen Ecken von Komponenten des Lead-Frame die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass Wechselwirkungen zwischen den Komponenten des Lead-Frame und anderen Komponenten des Gehäuses des Halbleitervorrichtungsgehäuses, die mit dem Lead-Frame in Kontakt sind, wie zum Beispiel das Einkapselungsmaterial und die leitfähigen Elemente (z. B. Lötkugeln, Unebenheiten, Säulen, Träger usw.), die den Halbleiterchip mit dem Lead-Frame verbinden, beschädigt werden oder ausfallen. Insbesondere können Halbleitervorrichtungsgehäuse gemäß dieser Offenbarung eine verringerte Wahrscheinlichkeit aufweisen, dass sich Risse im Einkapselungsmaterial und in den leitfähigen Elementen der Halbleitervorrichtungsgehäuse bilden und/oder ausbreiten. Merkmale gemäß dieser Offenbarung können Spannungskonzentrationen reduzieren, die sich aus Differenzen in der thermischen Aufweitung zwischen dem Lead-Frame und dem Einkapselungsmaterial und dem Halbleiterchip ergeben, was das Risiko eines Ausfalls verringern kann, insbesondere in Situationen, die denen ähnlich sind, die durch Temperaturschwankungen simuliert werden.
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Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ in Bezug auf einen gegebenen Parameter, eine Eigenschaft oder eine Bedingung und schließen in einem Ausmaß ein, dass Fachleute verstehen würden, dass der gegebene Parameter, die gegebene Eigenschaft oder die gegebene Bedingung mit einem gewissen Grad an Varianz erfüllt ist, wie innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen. Beispielsweise kann ein Parameter, der im Wesentlichen oder etwa ein spezifizierter Wert ist, mindestens etwa 90 % des spezifizierten Werts, mindestens etwa 95 % des spezifizierten Werts, mindestens etwa 99 % des spezifizierten Werts oder sogar mindestens etwa 99,9 % des spezifizierten Werts sein.
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1A und 1B sind Querschnittsseitenansichten eines spezifischen Beispiels dafür, wie ein Abschnitt eines Halbleitervorrichtungsgehäuses 100, das dem Erfinder bekannt ist und ein elektrisch leitfähiges Element 106 zwischen einem Halbleiterchip 102 und einem Lead-Finger 108 eines Lead-Frame einschließt, bei einem Ausfall unter Vergrößerung aussehen kann. Ein solches Halbleitervorrichtungsgehäuse 100 kann scharfe konvexe Ecken für Komponenten des Lead-Frame sowie eng beabstandete Komponenten des Halbleitervorrichtungsgehäuses 100 einschließen, die in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Halbleitervorrichtungsgehäuses 100 angeordnet sind. „Scharf”, wie hierin in Verbindung mit konvexen Ecken verwendet, bedeutet und schließt einen Krümmungsradius ein, der die eine Hälfte einer maximalen Dicke der Struktur mit der konvexen Ecke oder weniger beträgt. Zum Beispiel gilt eine konvexe Ecke eines Chip-Befestigungspads, das eine maximale Dicke von 0,25 mm aufweist, als „scharf“, falls ihr Krümmungsradius 0,125 mm oder weniger beträgt. „Eng“, wie hierin in Verbindung mit dem Abstand zwischen den Strukturen eines Lead-Frame verwendet, bedeutet und schließt einen kürzesten Abstand zwischen diesen Strukturen ein, welcher der maximalen Dicke der betreffenden Strukturen oder weniger entspricht. Zum Beispiel kann der kürzeste Abstand zwischen den größten Lead-Fingern des Lead-Frame, d. h. denjenigen Lead-Fingern, deren Oberflächenbereich größer ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger, und dem Chip-Befestigungspad als „eng“ angesehen werden, wenn dieser kürzeste Abstand etwa der größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder weniger entspricht.
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Wie in 1A und 1B gezeigt, kann eine längere Verwendung des Halbleitervorrichtungsgehäuses 100 bewirken, dass sich Risse 110 innerhalb der leitfähigen Elemente 106, die den Halbleiterchip 102 mechanisch und elektrisch am Lead-Frame (z. B. an den Lead-Fingern 108 und/oder am Chip-Befestigungspad) befestigen, bilden und/oder ausbreiten. Die Ausbreitung solcher Risse 110 kann letztlich eine elektrische Trennung zwischen dem leitfähigen Element 106 und dem Bondpad 104 des Halbleiterchips 102, dem leitfähigen Element 106 und dem Lead-Finger 108 oder zwischen Abschnitten des Bondpads 104 bilden. Eine elektrische Trennung kann bewirken, dass das Halbleitervorrichtungsgehäuse 100 ausfällt oder unbeabsichtigt funktioniert, da sich die Signalqualität verschlechtert oder der Pfad zum Übertragen elektrischer Signale unterbrochen wird, wie z. B. derjenigen, die zwischen dem Bondpad 104 und dem Lead-Finger 108 übertragen werden sollen. Anders ausgedrückt stehen Bondpad 104 und Lead-Finger 108 nicht mehr über das leitfähige Element 106 in elektrischer Kommunikation.
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Zum Beispiel wurde eine Temperaturschwankung des Halbleitervorrichtungsgehäuses 100 durchgeführt, um eine längere Verwendung des Halbleitervorrichtungsgehäuses 100 zu simulieren. Die Temperaturschwankung beinhaltete das Aussetzen des Halbleitervorrichtungsgehäuses 100 Temperaturen von -65 °C bis 150 °C und den Übergang zwischen diesen Temperaturen über einen Zeitraum von 30 Minuten. Das Halbleitervorrichtungsgehäuse 100 fiel innerhalb von 500 Zyklen aus.
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2A und 2B sind Querschnittsseitenansichten eines spezifischen Beispiels dafür, wie ein Einkapselungsmaterial 202 eines Halbleitervorrichtungsgehäuses 200, das dem Erfinder bekannt ist, unter Vergrößerung nach Temperaturschwankung aussehen kann. Die Temperaturschwankung wurde wie zuvor in Verbindung mit 1A und 1B beschrieben durchgeführt. Wie in 2A und 2B gezeigt, kann eine längere Verwendung des Halbleitervorrichtungsgehäuses 200 bewirken, dass sich Risse 204 innerhalb des Einkapselungsmaterials 202, das den Halbleiterchip und Abschnitte des Lead-Frame einkapselt, bilden und/oder ausbreiten. Die Ausbreitung solcher Risse kann letztendlich das Eindringen von Verunreinigungen in das Halbleitervorrichtungsgehäuse 200 ermöglichen, eine elektrische Trennung zwischen den Komponenten des Halbleitervorrichtungsgehäuses 200 bewirken und/oder eine physische Beschädigung des Halbleiterchips verursachen, was zu einem Ausfall des Halbleitervorrichtungsgehäuses 200 führt. Ähnlich wie bei dem Halbleitervorrichtungsgehäuse 100 von 1A und 1B kam es bei dem in 2 gezeigten Halbleitervorrichtungsgehäuse 200 innerhalb von 500 Zyklen zum Ausfall.
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3 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Halbleitervorrichtungsgehäuses 300 einschließlich eines Lead-Frame 400 gemäß dieser Offenbarung. 4 ist eine schematische Draufsicht auf den Lead-Frame 400 für das Halbleitervorrichtungsgehäuse 300 gemäß dieser Offenbarung. In 4 können diese mit durchgezogenen Linien dargestellten Merkmale den Umriss von Merkmalen in einer obersten Ebene des Lead-Frame 400 darstellen, wie in der Ansicht von einer Oberseite des Lead-Frame 400. Die mit gestrichelten Linien dargestellten Merkmale können den Umriss von Merkmalen in einer untersten Ebene des Lead-Frame 400 darstellen, wie in der Ansicht von einer Unterseite des Lead-Frame 400. Diese Merkmale, die mit schraffierter Füllung dargestellt sind, können Stellen zum Aufnehmen leitfähiger Elemente 308 (z. B. Lötkugeln, Unebenheiten, Säulen, Spalten, ohne Einschränkung) darstellen, die eine Brücke zwischen dem Lead-Frame 400 und einem Halbleiterchip 306 bilden, und diese Merkmale, die mit kreuzschraffierter Füllung dargestellt sind, können jene Regionen 406 darstellen, die eine unterschiedliche (z. B. größere) Oberflächenrauheit als ein Rest der umgebenden Oberfläche aufweisen.
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Unter kombinierter Bezugnahme auf 3 und 4 kann das Halbleitervorrichtungsgehäuse 300 den Halbleiterchip 306 einschließen, der konfiguriert ist, um Signale und elektrische Leistung über Bondpads 312 zu empfangen, zu verarbeiten und/oder auszugeben, die an einer ersten Hauptoberfläche 314 des Halbleiterchips 306 freiliegen. Die erste Hauptoberfläche 314 kann als eine aktive Oberfläche konfiguriert sein, in die eine integrierte Schaltlogik eingebettet ist und/oder aufliegt, und die Bondpads 312 können elektrisch mit dieser integrierten Schaltlogik verbunden sein. Der Halbleiterchip 306 kann eine zweite Hauptoberfläche 316 auf einer der ersten Hauptoberfläche 314 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips 306 einschließen, wobei die zweite Hauptoberfläche 316 als inaktive Oberfläche konfiguriert sein kann und keine derartige integrierte Schaltlogik aufweist.
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Der Halbleiterchip 306 kann auf dem Lead-Frame 400 aufliegen und mit diesem elektrisch verbunden sein. Zum Beispiel können elektrisch leitfähige Elemente 308 zwischen den Bondpads 312 des Halbleiterchips 306 und den jeweiligen Stellen auf dem Lead-Frame 400 angeordnet und daran befestigt werden. Die elektrisch leitfähigen Elemente 308 können elektrisch leitfähiges Material (z. B. Lötmittel, Leitpaste, Gold, Kupfer, Aluminium, ohne Einschränkung) einschließen und können zum Beispiel als Erhebungen, Kugeln, Säulen, Stützen oder andere Strukturen konfiguriert sein, um den Raum zwischen dem Halbleiterchip 306 und dem Lead-Frame 400 einzunehmen, elektrisch zu verbinden und zu befestigen. Oberflächen des Halbleiterchips 306, der Bondpads 312, der elektrisch leitfähigen Elemente 308 und des Lead-Frame 400, die anderenfalls freiliegen würden, können in ein Einkapselungsmaterial 302 (z. B. ein härtbares Epoxidmaterial, ohne Einschränkung) eingekapselt sein. Zum Beispiel kann das Einkapselungsmaterial 302 den Halbleiterchip 306, die leitfähigen Elemente 308, alle Abschnitte der Bondpads 312, die sich seitlich über die elektrisch leitfähigen Elemente 308 hinaus erstrecken, und andere Abschnitte des Lead-Frame 400 als die Eingangs-/Ausgangsstege 318 des Lead-Frame 400 abdecken, die positioniert und konfiguriert werden können, um eine Verbindung zu einem höherwertigen Gehäuse zu ermöglichen.
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Der Lead-Frame 400 kann das Chip-Befestigungspad 304 einschließen, auf dem mindestens ein Abschnitt des Halbleiterchips 306 aufliegen kann, sowie Lead-Finger 310 zum Routen von elektrischen Signalen zu und von den Bondpads 312 des Halbleiterchips 306. Die Lead-Finger 310 des Lead-Frame 400 können in der Nähe des Chip-Befestigungspads 304 angeordnet sein, wobei das Chip-Befestigungspad 304 im Allgemeinen mittig angeordnet ist und sich die Lead-Finger im Allgemeinen von einem Umfang des Lead-Frames 400 in Richtung des Chip-Befestigungspads 304 erstrecken. In einigen Ausführungsformen können einige der Bondpads 312 des Halbleiterchips 306 dem Chip-Befestigungspad 304 und den Lead-Fingern 310 zugewandt sein und über das jeweilige elektrisch leitfähige Element 308 direkt elektrisch damit verbunden sein. Zum Beispiel kann sich eine Auflagefläche des Halbleiterchips 306 mit dem Chip-Befestigungspad 304 und den Lead-Fingern 310 überlappen und diese mindestens teilweise abdecken, wenn der Halbleiterchip 306 in einer Richtung betrachtet wird, die senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche 314 und/oder der zweiten Hauptoberfläche 316 verläuft. Insbesondere kann der Halbleiterchip 306 elektrisch und mechanisch mit dem Lead-Frame 400 in einer Flip-Chip-Ausrichtung verbunden sein, wobei die erste Hauptoberfläche 314 dem Lead-Frame 400 zugewandt ist. In anderen Ausführungsformen kann die erste Hauptoberfläche 314 dem Lead-Frame 400 zugewandt sein, und es können Drahtbonds benutzt werden, um die Bondpads 312 mit dem Chip-Befestigungspad 304, den Lead-Fingern 310 oder mit beiden elektrisch zu verbinden (z. B. mit bestimmten jeweiligen Bondpads 312, die mit dem Chip-Befestigungspad 304 verbunden sind, und anderen jeweiligen Bondpads 312, die mit entsprechenden der Lead-Fingern 310 verbunden sind).
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Der Lead-Frame 400 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, wie zum Beispiel Kupfer, Gold, Silber, Aluminium und Legierungen, Mischungen und anderen Kombinationen davon. Der Lead-Frame 400 kann auch Regionen 406 (am besten in 4 dargestellt) einschließen, die eine unterschiedliche (z. B. höhere) Oberflächenrauigkeit als die übrigen Regionen des Lead-Frame 400 aufweisen, was es dem Einkapselungsmaterial 302 ermöglichen kann, besser an den Regionen 406 des Lead-Frame 400 zu haften.
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Stellen zum Aufnehmen der elektrisch leitfähigen Elemente 308, die den Lead-Frame 400 mechanisch und elektrisch mit den Bondpads 312 eines Halbleiterchips 306 verbinden, können über Oberflächen des Lead-Frame 400 verteilt sein, wie auf dem Chip-Befestigungspad 304 und auf den Lead-Fingern 310. Zum Beispiel können ein oder mehrere Bondpads 312 elektrisch mit dem Chip-Befestigungspad 304 des Lead-Frame 400 verbunden sein, ein oder mehrere Bondpads 312 können elektrisch mit jedem Lead-Finger 310 verbunden sein, der einen Oberflächenbereich aufweist, der größer ist als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. größer als ein mittlerer Oberflächenbereich) der gesamten Lead-Finger 310, und ein einzelnes Bondpad 312 kann elektrisch mit jedem Lead-Finger 310 verbunden sein, der einen Oberflächenbereich aufweist, der kleiner ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich der gesamten Lead-Finger 310.
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Gemäß dieser Offenbarung können eine oder mehrere konvexe Ecken 404 der Strukturen des Lead-Frame 400 abgerundet sein, und der Abstand zwischen den jeweiligen Strukturen des Lead-Frame 400 kann im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen, die dem Erfinder bekannt sind, vergrößert sein. Zum Beispiel kann eine konvexe Ecke 404 des Chip-Befestigungspads 304 oder eine konvexe Ecke 404 der Lead-Finger 310 in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame 400 abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads 304 beträgt. Der Begriff „abgerundet“, wie er hierin in Verbindung mit konvexen Ecken von Lead-Frames verwendet wird, bedeutet und schließt gekrümmte Formen mit einem Krümmungsradius ein, der mindestens das Zweifache einer größten Dicke eines relevanten Abschnitts des Lead-Frame beträgt, gemessen in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche dieses Abschnitts des Lead-Frame. Zum Beispiel kann eine konvexe Ecke eines Chip-Befestigungspads oder eines Lead-Fingers eines Lead-Frame als „abgerundet“ betrachtet werden, wenn die konvexe Ecke einen Krümmungsradius aufweist, der das Zweifache oder mehr einer größten Dicke des Chip-Befestigungspads oder Lead-Fingers beträgt. Viele Variationen und Permutationen zum Implementieren dieser Merkmale auf hohem Niveau können die erwünschte Erhöhung der Zuverlässigkeit erzeugen. Im Allgemeinen kann es wünschenswert sein, sicherzustellen, dass so viele konvexe Ecken 404 des Lead-Frame, wie in das Einkapselungsmaterial 302 eingekapselt sind, abgerundet sein können und dass der Krümmungsradius dieser abgerundeten konvexen Ecken 404 so groß wie möglich ist. Im Allgemeinen kann es auch wünschenswert sein, den Abstand zwischen den angrenzenden Strukturen des Lead-Frame 400 so groß wie möglich zu halten.
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Allerdings kann mit zunehmendem Krümmungsradius der abgerundeten konvexen Ecken 404 und mit zunehmendem Abstand zwischen angrenzenden Strukturen des Lead-Frame 400 der verbleibende Oberflächenbereich der Strukturen des Lead-Frame 400 zum Bereitstellen von Stellen zum Verbinden mit Bondpads 312 eines zugeordneten Halbleiterchips 306 abnehmen. Insbesondere das Abrunden der konvexen Ecken 404, das Vergrößern des Raums zwischen einem Chip-Befestigungspad 304 und Lead-Fingern 310 des Lead-Frame 400 und das Vergrößern des Raums zwischen den Lead-Fingern 310 selbst können einen geringeren Oberflächenbereich zum Bilden einer Verbindung mit Bondpads 312 des Halbleiterchips 306 übrig lassen, insbesondere an Stellen in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame 400, in Ansicht in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche 410 des Chip-Befestigungspads 304. Somit muss ein Fachmann beim Anpassen eines Lead-Frame 400 für die Verwendung mit einem Halbleiterchip 306, der eine bestimmte relative Größe in Bezug auf den Lead-Frame 400 und ein entsprechendes bestimmtes Layout von Bondpads 312 aufweist, die mit dem Lead-Frame 400 verbunden werden sollen, gemäß dieser Offenbarung möglicherweise auswählen, welche konvexen Ecken 404 abgerundet und welcher Krümmungsradius diese abgerundeten konvexen Ecken 404 aufweisen sollen, sowie den Abstand zwischen den jeweiligen Strukturen des Lead-Frame 400, sodass sichergestellt ist, dass die Bondpads 312 des Halbleiterchips 306 auf einen entsprechenden Abschnitt des Lead-Frame 400 ausgerichtet werden können, wobei im Allgemeinen versucht wird, die konvexen Ecken 404 mit einem möglichst großen Krümmungsradius abzurunden und die Strukturen des Lead-Frame 400 so weit wie möglich voneinander zu beabstanden.
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Als eine mögliche Variation kann der Lead-Frame 400 konfiguriert werden, sodass mindestens eine konvexe Ecke 404 des Chip-Befestigungspads 304, mindestens eine konvexe Ecke der Lead-Finger 310 in Positionen in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame 400 oder beides abgerundet werden können, wobei der Begriff „abgerundet“ so definiert ist, dass er einen Krümmungsradius von mindestens dem Zweifachen einer größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 aufweist, gemessen in einer Richtung senkrecht zu der Hauptoberfläche 410 des Chip-Befestigungspads 304. Insbesondere können diese abgerundeten konvexen Ecken 404 des Chip-Befestigungspads 304, der Lead-Finger 310 oder beides einen Krümmungsradius aufweisen, der zwischen etwa dem Drei- und dem Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt. Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel können eine oder mehrere der konvexen Ecken 404 des Chip-Befestigungspads 304, die Lead-Finger 310 oder beides einen Krümmungsradius aufweisen, der zwischen dem etwa Zweifachen und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt (z. B. dem etwa Dreifachen, dem etwa Vierfachen).
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Als weitere mögliche Variation kann jede konvexe Ecke 404 des Chip-Befestigungspads 304 abgerundet werden und einen Krümmungsradius aufweisen, der in einigen Ausführungsformen etwa das Zweifache der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 oder mehr beträgt. Zum Beispiel kann jede konvexe Ecke 404 des Chip-Befestigungspads 304 abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der zwischen dem etwa Zweifachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 beträgt. Insbesondere kann jede konvexe Ecke 404 des Chip-Befestigungspads 304 abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der zwischen dem etwa Dreifachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 beträgt (z. B. etwa das Vierfache).
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Bei einer anderen berücksichtigten Permutation kann in einigen Ausführungsformen jede konvexe Ecke 404 der überdurchschnittlich großen Lead-Finger 310, d. h. der Lead-Finger 310, deren Oberflächenbereich größer ist als der mittlere Oberflächenbereich aller Lead-Finger 310, in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame 400 abgerundet sein. Zum Beispiel kann jede konvexe Ecke 404 in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frames 400 derjenigen Lead-Finger 310, die einen Oberflächenbereich größer als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der gesamten Lead-Finger 310 (wie in der Ausrichtung von 4 zu sehen) aufweisen, abgerundet sein und einen Krümmungsradius von z. B. etwa dem Zweifachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 oder größer aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann ein Großteil der konvexen Ecken 404 der Lead-Finger 310, die einen dem Halbleiterchip 306 zugewandten Oberflächenbereich aufweisen, der größer ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der dem Halbleiterchip 306 zugewandten Lead-Finger 310, abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der z. B. zwischen dem etwa Zweifachen und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt. Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel kann jede konvexe Ecke 404 derjenigen Lead-Finger 310, die einen dem Halbleiterchip 306 zugewandten Oberflächenbereich aufweisen, der größer ist als der durchschnittliche Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger 310, abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der zum Beispiel zwischen dem etwa Zweifachen und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt (z. B. dem etwa Dreifachen, dem etwa Vierfachen).
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Als weitere Permutation können in einigen Ausführungsformen mindestens einige der konvexen Ecken 404 jedes Chip-Befestigungspads 304 und der Lead-Finger 310, die abgerundet sind, einen Krümmungsradius aufweisen, der zum Beispiel zwischen dem etwa Dreifachen und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt. Zum Beispiel kann ein Großteil der konvexen Ecken 404 des Chip-Befestigungspads 304 und der Lead-Finger 310 abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der zwischen dem etwa Dreifachen und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt. In einem weiteren Beispiel kann jede der konvexen Ecken 404 des Chip-Befestigungspads 304 und der Lead-Finger 310 abgerundet sein und einen Krümmungsradius aufweisen, der zwischen dem Zweifachen und dem Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 liegt (z. B. etwa dem Dreifachen, etwa dem Vierfachen).
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In einer zusätzlichen Permutation kann der Abstand zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 und den Lead-Fingern 310 und optional zwischen angrenzenden Lead-Fingern 310 des Lead-Rahmens 400 in Positionen in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Rahmens 400 im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen für Lead-Frames, die dem Erfinder bekannt sind, vergrößert werden, insbesondere in einigen Ausführungsformen bei solchen Lead-Fingern 310, die einen Oberflächenbereich aufweisen, der größer ist als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger 310. Zum Beispiel kann ein kürzester Abstand 408 zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 und einem größten der Lead-Finger 310 etwa das Zweifache der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 oder mehr betragen. Spezifischer kann ein kürzester Abstand 408 zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 und jedem der Lead-Finger 310 mit einem Oberflächenbereich, der größer ist als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der gesamten Lead-Finger 310, wie in der Ausrichtung von 4 zu sehen, mindestens etwa das Zweifache der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 betragen. Als spezifisches, nicht einschränkendes Beispiel kann der kürzeste Abstand 408 zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 und jedem der Lead-Finger 310 mit einem Oberflächenbereich, der größer ist als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger 310, in einer Richtung senkrecht zu der Hauptoberfläche 410 des Chip-Befestigungspads 304 betrachtet, zwischen dem etwa Zweifachen und dem etwa Fünffachen der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 (z. B. dem etwa Dreifachen, dem etwa Vierfachen) betragen.
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Als weitere veranschaulichende Permutation kann der kürzeste Abstand 408 zwischen den zwei größten, wie durch den Oberflächenbereich definierten, Lead-Fingern 310 etwa das Zweifache der größten Dicke 320 des Chip-Befestigungspads 304 oder mehr betragen. Spezifischer kann ein kürzester Abstand 408 zwischen jedem der Lead-Finger 310 mit einem Oberflächenbereich, der größer als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich (d. h. ein mittlerer Oberflächenbereich) der Lead-Finger 310 ist, zwischen etwa dem Dreifachen und etwa dem Fünffachen der größten Dicke des Chip-Befestigungspads 304 (z. B. etwa dem Vierfachen) liegen.
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Durch das Abrunden der konvexen Ecken 404 der Komponenten des Lead-Frame 400 und das Vergrößern des Abstands zwischen Komponenten eines Lead-Frame 400 für ein Halbleitervorrichtungsgehäuse 300, wie hierin offenbart, kann die Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Halbleitervorrichtungsgehäuses 300 erhöht werden. Zum Beispiel kann das Abrunden der konvexen Ecken 404 von Komponenten des Lead-Frame 400 die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass eine relative Bewegung zwischen den Komponenten des Lead-Frame 400 und anderen Komponenten des Halbleitervorrichtungsgehäuses 300, die in Kontakt mit dem Lead-Frame 400 stehen, z. B. dem Einkapselungsmaterial 302 und den leitfähigen Elementen 308, die den Halbleiterchip 306 mit dem Lead-Frame 400 verbinden, beschädigt wird oder ausfällt.
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Spezifischer kann das Halbleitervorrichtungsgehäuse 300 gemäß dieser Offenbarung die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass sich Risse im Einkapselungsmaterial 302 und in den leitfähigen Elementen 308 des Halbleitervorrichtungsgehäuses 300 aufgrund eines fehlangepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien des Lead-Frame 400, des Einkapselungsmaterials 302, des Halbleiterchips 306 und anderen Komponenten des Halbleitervorrichtungsgehäuses 300 bilden und/oder ausbreiten.
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Eine derartige Erhöhung der Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit kann im Allgemeinen für Halbleitervorrichtungsgehäuse 300 vorteilhaft sein, insbesondere bei Halbleitervorrichtungsgehäusen 300, die in Anwendungen benutzt werden, bei denen eine lange Nutzungsdauer ohne Austausch und eine hohe Zuverlässigkeit bei Aussetzung mit Temperaturvariationen von Vorteil sind. Zum Beispiel können Halbleitervorrichtungsgehäuse 300 gemäß dieser Offenbarung besonders geeignet sein für Anwendungen in der Automobilindustrie, in anderen terrestrischen Fahrzeugen, in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und in industriellen Anwendungen.
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5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Lead-Frame von 4. Das Verfahren 500 kann zum Beispiel das Entfernen des Materials von einem Streifen 402 (siehe 4) eines elektrisch leitfähigen Materials beinhalten, um eine Reihe von Lead-Frames 400 (siehe 3, 4) zu bilden, die jeweils ein Chip-Befestigungspad 304 (siehe 3, 4) und Lead-Finger 310 (siehe 3, 4) umfassen, wie in Aktion 502 gezeigt. Zum Beispiel kann das Entfernen des Materials von dem Streifen 402 (siehe 4) zum Bilden der Lead-Frames 400 (siehe 3, 4) Ätzen, Laserschneiden, maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise das Anwenden subtraktiver Fertigungsprozesse auf den Streifen 402 (siehe 4) beinhalten, um die Komponenten der Lead-Frames 400 (siehe 3, 4) und die verbleibenden Trägerstreifen zu durchtrennen, wenn Halbleitervorrichtungsgehäuse 300 (siehe 3) aus dem Streifen 402 (siehe 4) vereinzelt werden.
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Eine konvexe Ecke 404 (siehe 4) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 4) oder eine konvexe Ecke der Lead-Finger 310 (siehe 4) in der Nähe eines geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frames 400 (siehe 4) kann so gebildet werden, dass sie abgerundet ist und daher einen Krümmungsradius umfassen, der mindestens das Zweifache einer größten Dicke des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3, 4) beträgt, gemessen in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche 410 (siehe 4) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3, 4, wie bei Aktion 504 gezeigt. Zum Beispiel kann der Krümmungsradius so ausgebildet sein, dass er zwischen dem Drei- und Fünffachen der größten Dicke 320 (siehe 3) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3) liegt.
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In einigen Ausführungsformen kann jede (d. h. alle) konvexe Ecke 404 (siehe 4) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3) so ausgebildet sein, dass sie abgerundet ist und einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens das Zweifache der größten Dicke 320 (siehe 3) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3) beträgt, wie in Aktion 506 angegeben. Jede konvexe Ecke 404 (siehe 4) der Lead-Finger 310 (siehe 3) in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Lead-Frame 400 (siehe 4) kann in einigen Ausführungsformen so ausgebildet sein, dass sie abgerundet ist, wie bei Aktion 508 angegeben.
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Ein kürzester Abstand 408 (siehe 4) zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 (siehe 3, 4) und einem der größten Lead-Finger 310 (siehe 3, 4), wie durch den Oberflächenbereich definiert, kann so definiert werden, dass er mindestens das Zweifache der größten Dicke des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3, 4) beträgt, wie bei Aktion 512 gezeigt. Zum Beispiel kann der kürzeste Abstand 408 (siehe 4) zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 (siehe 3, 4) und dem größten der Lead-Finger 310 (siehe 3, 4) so definiert werden, dass er zwischen dem Drei- und Fünffachen der größten Dicke 320 (siehe 3) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3, 4) liegt. In einigen Ausführungsformen kann der kürzeste Abstand 408 (siehe 4) zwischen dem Chip-Befestigungspad 304 (siehe 3, 4) und jedem der Lead-Finger 310 (siehe 3, 4) mit einem Oberflächenbereich, der größer ist als ein durchschnittlicher Oberflächenbereich der Lead-Finger 310 (siehe 3, 4), so definiert werden, dass er mindestens das Zweifache der größten Dicke 320 (siehe 3) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3, 4) beträgt.
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In einigen Ausführungsformen soll der kürzeste Abstand 408 (siehe 4) zwischen den zwei größten Lead-Fingern 310 (siehe 3, 4), wie durch den Oberflächenbereich definiert, etwa das Zweifache der größten Dicke 320 (siehe 3) des Chip-Befestigungspads 304 (siehe 3) oder mehr betragen, wie bei Aktion 510 angegeben.
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Das Reduzieren der Schärfe der konvexen Ecken der Komponenten des Lead-Frame und das Vergrößern des Abstands zwischen den Komponenten eines Lead-Frame für ein Halbleitervorrichtungsgehäuse, wie hierin offenbart, kann zum Beispiel die Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Halbleitervorrichtungsgehäuses erhöhen. Zum Beispiel kann das Abrunden der konvexen Ecken von Komponenten des Lead-Frame die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass relative Bewegungen zwischen den Komponenten des Lead-Frame und anderen Komponenten des Gehäuses des Halbleitervorrichtungsgehäuses, die mit dem Lead-Frame in Kontakt sind, wie zum Beispiel das Einkapselungsmaterial und die leitfähigen Elemente (z. B. Lötkugeln, Unebenheiten, Säulen, Spalten usw.), die den Halbleiterchip mit dem Lead-Frame verbinden, beschädigt werden oder ausfallen. Spezifischer können Halbleitervorrichtungsgehäuse gemäß dieser Offenbarung eine reduzierte Wahrscheinlichkeit aufweisen, dass Risse im Einkapselungsmaterial und in den leitfähigen Elementen der Halbleitervorrichtungsgehäuse aufgrund einer Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien des Lead-Frame, des Einkapselungsmaterials und des Halbleiterchips entstehen und/oder sich ausbreiten.
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Eine derartige Erhöhung der Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit kann im Allgemeinen für Halbleitervorrichtungsgehäuse vorteilhaft sein, insbesondere bei Halbleitervorrichtungsgehäusen, die in Anwendungen benutzt werden, bei denen eine lange Nutzungsdauer ohne Austausch und eine hohe Zuverlässigkeit bei Aussetzen mit hohen Temperaturvariationen von Vorteil sind. Zum Beispiel können Halbleitervorrichtungsgehäuse gemäß dieser Offenbarung besonders geeignet sein für Anwendungen in der Automobilindustrie, in anderen terrestrischen Fahrzeugen, in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und in industriellen Anwendungen.
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Während bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren beschrieben wurden, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen und anerkennen, dass der Umfang dieser Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, die in dieser Offenbarung explizit gezeigt und beschrieben sind. Vielmehr können viele Ergänzungen, Streichungen und Modifikationen an den in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, um Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung zu erzeugen, wie diejenigen, die speziell beansprucht werden, einschließlich gesetzlicher Äquivalente. Außerdem können Merkmale aus einer offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen offenbarten Ausführungsform kombiniert werden, während sie weiterhin innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 63/199873 [0001]
- US 17/314535 [0001]
