DE19959938A1 - Herstellungsverfahren einer eine Gehäusestruktur aufweisenden Halbleitervorrichtung und dadurch hergestellte Halbleitervorrichtung - Google Patents

Herstellungsverfahren einer eine Gehäusestruktur aufweisenden Halbleitervorrichtung und dadurch hergestellte Halbleitervorrichtung

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Abstract

Halbleiterchips werden in jeweiligen Hohlräumen untergebracht, die in einem plattenähnlichen Trägersubstrat ausgebildet sind, und plattenähnliche Deckelteile werden auf das Trägersubstrat geklebt. Das Trägersubstrat wird zerschnitten, um dadurch eine Mehrzahl von Halbleitergehäusen auszubilden. Durchgangslöcher sind in dem Trägersubstrat zwischen den Hohlräumen ausgebildet. Das Trägersubstrat und die Deckelteile werden aus einem Aluminiumoxidmaterial einer geringen Reinheit oder einem organischen Material ausgebildet. Die Hohlraumgehäusestruktur verhindert eine Verschlechterung einer Hochfrequenzcharakteristik und erzielt eine hohe Ergiebigkeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsver­ fahren einer Halbleitervorrichtung und betrifft insbesonde­ re sowohl eine Struktur eines Gehäuses eines Hochfrequenz- Halbleiterelements, wie zum Beispiel eines GaAs-FET, als auch ein Herstellungsverfahren des Halbleiterelements.
Bei einem Halbleitergehäuse, das in einem Hochfrequenz­ band, genauer gesagt dem C-Band oder dem Ku-Band, verwendet wird, kommt eine Substanz, wie zum Beispiel Epoxidharz, das eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, in engen Kon­ takt zu einem Halbleiterchip in einem im allgemeinen ver­ wendeten Gußgehäuse, wodurch sich eine Parasitärkapazität ergibt und sich die Charakteristiken des Halbleitergehäuses verschlechtern. Um eine derartige Parasitärkapazität zu verhindern, wird im allgemeinen ein Gehäuse, das einen Hohlraum aufweist, zum Verkapseln des Halbleiterchip ver­ wendet, so daß Luft die obere Fläche des Halbleiterchip um­ gibt.
Im Gegensatz zu dem im allgemeinen verwendeten Preß­ spritzgehäuse bringt das Hohlraumgehäuse die folgenden Nachteile mit sich und leidet daher unter negativen Aspek­ ten hinsichtlich der Ergiebigkeit und den Kosten.
Als erstes müssen, wenn Gehäuse als getrennte Teile be­ fördert werden, die Gehäuse häufig während Monta­ ge/Testverfahren in unterschiedlichen Anordnungen neu an­ geordnet werden.
Weiterhin können, wenn ein Förderband zum Befördern der Gehäuse verwendet wird, die Gehäuse nach einem Einwirken eines sehr kleinen physikalischen Stoßes in willkürliche Anordnungen gebracht werden. Weiterhin gibt es in dem Fall, in dem ein Förderband zum Befördern der Gehäuse verwendet wird, eine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl von Gehäu­ sen, die von einer automatischen Maschine verarbeitet wer­ den, was eine Ergiebigkeit des Halbleitergehäuses ver­ schlechtert.
Als zweites werden ähnlich wie in dem Fall mit einem Leiterrahmen unter Verwendung eines Hartlötfüllmaterials aus Ag getrennte Gehäuse auf einen Metallrahmen hartgelö­ tet, um eine Ergiebigkeit zu verbessern, so daß die Gehäuse derart hartgelötet werden, daß sie die Struktur eines im allgemeinen verwendeten vergossenen Leiterrahmens annehmen. In diesem Fall erhöht jedoch ein Hartlöten die Herstel­ lungskosten. Ebenso müssen auch hinsichtlich einer Ergie­ bigkeit die getrennten Gehäuse im Verlauf eines Verkapse­ lungsverfahrens einzeln verkapselt werden. Daher ist das Hohlraumgehäuse hinsichtlich einer Ergiebigkeit nachteilig gegenüber dem Gußgehäuse.
Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um das Problem im Stand der Technik zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, ein Herstel­ lungsverfahren einer in einem Hohlraumgehäuse verkapselten Halbleitervorrichtung zu schaffen, das eine Verschlechte­ rung der Hochfrequenzcharakteristiken der Halbleitervor­ richtung verhindert, während die gleiche Ergiebigkeit und die gleichen Kosten sichergestellt werden, wie sie durch das Gußgehäuse erzielt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung ein Halbleiterchip in jedem einer Mehrzahl von Hohlräumen un­ tergebracht, die in der Hauptfläche eines plattenähnlichen Trägersubstrats ausgebildet sind. Ein plattenähnliches Dec­ kelteil wird auf die Hauptfläche des Trägersubstrats ge­ klebt. Weiterhin werden das verklebte Trägersubstrat und das Deckelteil entlang jedes Raums zwischen angrenzenden Hohlräumen getrennt und wird daher eine Mehrzahl von Halb­ leitervorrichtungen ausgebildet, welche jeweils den Halb­ leiterchip beinhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei dem Verfahren eine Mehrzahl von Durchgangslö­ chern in dem Trägersubstrat zwischen angrenzenden Hohlräu­ men ausgebildet werden.
Weiterhin kann gemäß einem anderen Aspekt der vorlie­ genden Erfindung bei dem Verfahren das Trägersubstrat durch Verkleben eines ersten plattenähnlichen Substrats und eines zweiten plattenähnlichen Substrats ausgebildet werden, in welchem eine Mehrzahl von anderen Durchgangslöchern zum Ausbilden einer Mehrzahl von Hohlräumen ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Träger­ gehäusesubstrats und von Deckelteilen, be­ vor sie miteinander verklebt werden;
Fig. 2A bis 2C Querschnittsansichten zum Beschreiben der Struktur eines Hohlraumgehäuses und eines Herstellungsverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a und 3B eine perspektivische Ansicht bzw. eine ver­ größerte Teildraufsicht der Struktur des Trägergehäusesubstrats;
Fig. 4 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des verkapselten Trägergehäusesubstrats;
Fig. 5 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Hohl­ raumgehäuses gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Hohlraumgehäuses gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung; und
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines für ein Hohlraumgehäuse gemäß einem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Deckelteils.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Durchgängig durch die Zeichnung sind gleiche Bezugszeichen gleichen oder entsprechenden Elementen zugewiesen und wiederholte Erklärungen werden vereinfacht oder weggelassen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen Darstellungen zum Beschrei­ ben des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein Trägergehäusesubstrat und Deckelteile darstellt, bevor sie miteinander verklebt werden; die Fig. 2A bis 2C zeigen Querschnittsansichten zum Beschreiben der Struktur eines Hohlraumgehäuses und seines Herstellungsverfahrens; die Fig. 3A und 3B zeigen Darstellungen zum Beschreiben der Struktur des Trägergehäusesubstrats, wobei Fig. 3A eine perspektivische Ansicht zeigt und Fig. 3B eine vergrößerte Teildraufsicht zeigt; und Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Trägergehäusesubstrats, nachdem es verkapselt worden ist.
Wie es in den Fig. 1 bis 2C gezeigt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Trägergehäusesubstrat (hier im wei­ teren Verlauf zur Vereinfachung als ein "Trägersubstrat" bezeichnet, wenn es erforderlich ist), das zu einem Hohl­ raumgehäuse gehört; bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein Dec­ kelteil; bezeichnet das Bezugszeichen 3 einen lagenähnli­ chen Klebstoff; und bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen Hohlraum in dem Trägersubstrat 1. Wie es in den Fig. 2A bis 2C gezeigt ist, werden die Deckelteile 2 mittels des Klebstoffs 3 an die vordere Fläche (Hauptfläche) des Trä­ gersubstrats 1 geklebt.
Wie es in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, wird das Trägersubstrat 1 durch miteinander Verkleben eines unteren ersten Substrats 1A und eines oberen zweiten Substrats 1B ausgebildet. Das erste (untere) Substrat 1A weist eine plattenähnliche Form und eine verhältnismäßig große Abmes­ sung auf und ein leitendes Muster (nicht gezeigt) ist als eine Elektrode auf seiner Oberfläche (das heißt in der Zeichnung einer oberen Oberfläche) ausgebildet. Das lei­ tende Muster ist mit einer freiliegenden externen Elektrode verbunden, die auf der Rückseite (das heißt in der Zeich­ nung einer unteren Oberfläche) der ersten Substrats 1A vor­ gesehen ist.
Durchgangslöcher sind in dem zweiten (oberen) Substrat 1B ausgebildet, um Hohlräume zu erzeugen. Die ersten und zweiten Substrate 1A bzw. 1B werden zu dem einzelnen Trä­ gersubstrat 1 gestapelt, wodurch ein Substrat ausgebildet wird, das eine Mehrzahl von Hohlräumen 4 aufweist.
In Fig. 2A bezeichnet das Bezugszeichen 7 einen Halb­ leiterchip und bezeichnet das Bezugszeichen 8 einen Leiter­ draht. Die jeweiligen Halbleiterchips 7 werden in den Hohl­ räume 4 des Trägersubstrats 1 eingesetzt und die Elektroden von jedem Halbleiterchip 7 werden mittels der Leiterdrähte 8 mit dem leitenden Muster verbunden, das auf dem ersten Substrat 1A angeordnet ist.
Fig. 2B zeigt eine Querschnittsansicht, die die Halb­ leiterchips 7 darstellt, die in dem Trägersubstrat 1 unter­ gebracht sind, nachdem sie mittels des Deckelteils 2 und des Klebstoffs 3 verkapselt worden sind. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Schneidelinie. Fig. 2C zeigt einzelne Halbleitergehäuse (das heißt Halbleitervorrichtungen), die entlang der Schneidelinie voneinander getrennt worden sind.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2B.
Fig. 4 zeigt eine auf der Rückseite (das heißt in der Zeichnung einer unteren Seite) des Trägersubstrats 1 ange­ ordnete freiliegende externe Elektrode 11. Die externe Elektrode 11 ist elektrisch mit dem leitenden Muster (nicht gezeigt) verbunden, welches als eine Elektrode in jedem der Hohlräume 4 vorgesehen ist. Die externe Elektrode 11 wird zum Bilden einer elektrischen Verbindung verwendet, wenn das getrennte Halbleitergehäuse montiert wird.
Wie es in Fig. 3A gezeigt ist, ist das Trägersubstrat 1 in vier Bereiche geteilt, wodurch eine Mehrzahl von Gruppen von Hohlräumen 4 gebildet wird. In jedem der Bereiche wer­ den die Hohlräume 4 in einem Matrixmuster ausgebildet. Dem­ gemäß ist das leitende Muster 4, das zum Bilden einer elek­ trischen Verbindung mit dem externen Anschluß 11 verwendet wird, ebenso gleichmäßig in den vier Ebenenbereichen (Flächen) vorgesehen.
Wie es aus der in Fig. 3B gezeigten vergrößerten Teil­ draufsicht zu sehen ist, wird eine Mehrzahl von Durchgangs­ löchern in einer Menge von einem pro Hohlraum 4 derart aus­ gebildet, daß sie das Trägersubstrat 1 durchdringen. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet die Elektrode, die auf der Ober­ fläche des Halbleiterchip 7 ausgebildet ist, der in den Hohlraum 4 eingesetzt ist.
Die Durchgangslöcher 5 sind derart ausgebildet, daß sie das Trägersubstrat 1 durchdringen, das das erste Substrat 1A und das zweite Substrat 1B aufweist. Die Durchgangslö­ cher 5 sind aus drei Gründen vorgesehen:
  • 1. Zum Führen einer metallisierten Schicht, die zum elektrischen Verbinden des leitenden Musters verwendet wird, das auf der vorderen Fläche des ersten Substrats 1A angeordnet ist, zu dem freiliegenden externen Anschluß 11, der auf der Rückseite des ersten Substrats 1A angeordnet ist;
  • 2. zum Zulassen, daß der Endbenutzer bestimmen kann, ob zu dem Zeitpunkt eines sekundären Montagevorgangs ein Lotkegel ausgebildet worden ist oder nicht; und
  • 3. zum Zulassen, daß Gas entweicht, das während eines Verkapselungsverfahrens verwendet wird.
Das Trägersubstrat 1, welches das erste Substrat 1A und das zweite Substrat 1B aufweist, wird aus einem Aluminium­ oxidsubstrat einer verhältnismäßig geringen Reinheit (zum Beispiel 90% rein) oder einem organischen Material ausge­ bildet.
Es wird auf die Fig. 2A und 2B verwiesen. Der lagen­ ähnliche feuchtigkeitsbeständige Klebstoff 3 kann im voraus auf die Oberfläche des Deckelteils 2 aufgetragen werden, welche dem Trägersubstrat 1 gegenüberliegt. Alternativ kann der feuchtigkeitsbeständige Klebstoff 3 gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Deckelteils 2 aufgetragen werden. Das Deckelteil 2 ist aus einem ultradünnen Aluminiumoxid­ substrat einer geringen Reinheit oder einem organischen Ma­ terial ausgebildet.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Deckelteil 2 groß genug, um eine der vier Hohlraumflächen zu bedecken. Das heißt das Deckelteil 2 weist ungefähr ein Viertel der Ab­ messung des Trägersubstrats 1 auf.
Das Herstellungsverfahren des vorhergehend erläuterten Hohlraumgehäuses wird nun beschrieben.
Das Trägersubstrat 1, das die Hohlräume 4 aufweist, wird durch Kleben des plattenähnlichen ersten Substrats 1A an das zweite Substrat 1B ausgebildet, in welchem eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem Matrixmuster ausge­ bildet ist. Das Trägersubstrat 1 weist eine Zweischicht­ struktur auf und ein Elektrodenmuster ist auf lediglich der ersten Schicht (das heißt dem ersten Substrat 1A) angeord­ net. Die zweite Schicht (das heißt das zweite Substrat 1B) dient als eine Schicht zum Bilden von Hohlräumen.
Wie es in Fig. 3A gezeigt ist, werden Gehäuse durch Teilen der Innenfläche des Trägersubstrats 1 in vier Berei­ che angeordnet, von denen jeder eine Mehrzahl von zusammen­ hängend ausgebildeten Hohlräumen aufweist. Ein Bereich 1C, in welchem keine Hohlräume ausgebildet sind, wird sowohl längenweise mittig als auch breitenweise mittig bezüglich des Trägersubstrats 1 derart ausgebildet, daß er die Form eines Kreuzes annimmt. Der als Kreuz geformte Bereich 1C dient als ein Träger und verleiht dem Trägersubstrat 1 Fe­ stigkeit.
Weiterhin werden die Durchgangslöcher 5 derart ausge­ bildet, daß sie die Rückseite des Trägersubstrats 1 derart durchdringen, daß sie sich an den Ecken der jeweiligen Hohlräume 4 befinden.
Die Halbleiterchips 7 werden in die jeweiligen Hohl­ räume 4 eingesetzt, die auf dem Trägersubstrat 1 ausgebil­ det sind, und jeder der Halbleiterchips 7 wird elektrisch mittels eines Leiterdrahts 8 durch Druckkontaktieren oder Drahtkontaktieren mit dem externen Anschluß 11 verbunden. Nach einem Beenden des Druckkontaktier- oder Drahtkontak­ tierverfahrens wird das Deckelteil 2 auf jedem der vier Be­ reiche (Flächen) des Trägersubstrats 1 angeordnet. Zu die­ sem Zeitpunkt beträgt die Abmessung des Deckelteils 2 ein Viertel von der des Trägersubstrats 1.
Nachfolgend wird der feuchtigkeitsbeständige Klebstoff (oder ein Befestigungsmaterial) 3 durch Ausüben von Wärme oder Druck abgebunden.
Das Trägersubstrat 1, das die darauf geklebten Deckel­ teile 2 aufweist, wird an einem Schneideband befestigt und entlang der Schneidelinien mittels einer Zerschneidevor­ richtung getrennt, wodurch Halbleitervorrichtungsgehäuse hergestellt werden, die alle den einzelnen Halbleiterchip 7 enthalten.
In der vorhergehenden Beschreibung ist die Struktur des Hohlraumgehäuses und das Herstellungsverfahren eines Halb­ leitergehäuses beschrieben worden. Nun werden die Charakte­ risitiken und Vorzüge des Hohlraumgehäuses und diejenigen des Herstellungsverfahrens des Gehäuses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Halbleiterchips 7 in den jeweiligen Hohlräumen 4 untergebracht, die in dem plattenähnlichen Trägersubstrat 1 ausgebildet sind, und werden die Deckel­ teile 2 auf das Halbleitersubstrat 1 geklebt. Das Halblei­ tersubstrat 1 wird dann zerschnitten. Folglich kann das Hohlraumgehäuse die gleichen Verkapselungs- und Trenncha­ rakteristiken wie diejenigen erzielen, die durch Spritzgie­ ßen erzielt werden.
Weiterhin ergeben sich bei dem Hohlraumgehäuse die gleiche Ergiebigkeit und die gleichen Kosten wie diejeni­ gen, die sich bei einem Gußgehäuse ergeben, während der Vorteil einer Hohlraumgehäusestruktur hinsichtlich von Hochfrequenzcharakteristiken aufrechterhalten wird. Insbe­ sondere kann eine Ergiebigkeit, die sich auf ein Verkapse­ lungsverfahren bezieht, verglichen mit derjenigen, die sich bei einem herkömmlichen Gußgehäuse ergibt, bedeutsam ver­ bessert werden.
(2) Wie es in den Fig. 1 bis 2C gezeigt ist, werden die plattenähnlichen Deckelteile 2, die jeweils einen dar­ auf aufgetragenen Klebstoff aufweisen, auf dem Träger­ substrat 1 angeordnet, das die Hohlraumstruktur aufweist, und wird das Trägersubstrat 1 durch Zerschneiden oder mit­ tels einer Drahtsäge getrennt.
Obgleich mehrere Verfahren und getrennte Gehäuse (PKG) verfügbar sind, ergibt ein Verwenden des Zerschneideverfah­ rens oder der Drahtsäge, wie sie in dem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die folgenden vorteilhaften Ergebnisse.
  • A) Eine Belastung, die, wenn die Gehäuse getrennt wer­ den, auf die verklebte Oberfläche ausgeübt wird, entlang welcher die Deckelteile 2 und die Gehäuse befestigt sind, kann vermindert werden, wodurch ein Abblättern der verkleb­ ten Oberfläche verhindert wird und eine luftdichte Unver­ sehrtheit sichergestellt wird.
  • B) Die Außenabmessung des derart getrennten Gehäuses weist einen hohen Genauigkeitsgrad auf.
  • C) Ein Verwenden eines Laserschneideverfahrens kann ein Problem eines Einbringens von Brandstellen oder von Verschmutzungen entlang der geschnittenen Oberfläche ein­ bringen. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei einem Verwenden des Zerschneideverfahrens oder des Sägedrahts ein Vorteil von keinen Brandstellen oder Verschmutzungen.
  • D) Ein plattenähnliches Deckelteil, das eine kleine Dicke (kleiner als 1 mm) aufweist, wird als das Deckelteil 2 verwendet. Kosten, die durch die Deckelteile 2 verursacht werden, können durch Ausbilden der Deckelteile 2 in der Form einer Platte vermindert werden. Weiterhin bringt, da sich die Deckelteile 2 bereits in einer Plattenform befin­ den, ein Anordnen der Deckelteile 2 auf den Gehäusen kein Positionieren mit sich, wodurch Kosten vermindert werden, die sich auf ein Herstellungssystem beziehen.
(3) Wie es in den Fig. 3A bis 4 gezeigt ist, werden in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung die Durchgangslöcher 5 derart in dem Trägersubstrat 1 ausgebildet, daß sie sowohl die Rückseite durchdringen als auch an den Ecken der jeweiligen Hohlräume 4 angeordnet sind.
Wenn sich die Hohlräume 4 im Verlauf einer Wärmebehand­ lung, die während des Verkapselungsverfahrens durchgeführt wird, im Volumen ausdehnen, dringt die Luft, die kraftvoll von innerhalb den Hohlräumen 4 entweicht, in den Raum zwi­ schen den Deckelteilen 2 und dem Trägersubstrat 1 ein, wo­ durch Blasen bzw. Einschlüsse verursacht werden. Jedoch wirken die Durchgangslöcher 5 als Entlüftungslöcher zum Freigeben des Gases, das in dem Harz angesammelt ist, wo­ durch das Ausbilden von Blasen verhindert wird und daher die Wahrscheinlichkeit eines Leckausfalls vermindert wird.
Bei einem Hochfrequenz-Halbleiterchip wird im allgemei­ nen ein Passivierungsfilm, der auf dem Halbleiterchip ange­ ordnet ist, derart ausgebildet, daß er so dünn wie möglich ist, um die Charakteristiken des Halbleiterchip aufrechtzu­ erhalten. Wenn nicht verhindert wird, daß Feuchtigkeit das Halbleitergehäuse erreicht, werden die Charakteristiken des Halbleitergehäuses verschlechtert. Aus diesem Grund ist ein Leckausfall nicht akzeptabel.
(4) Weiterhin wird in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Trägersubstrat 1 in einer Zweischichtstruktur ausgebildet. Eine Elektrodenverdrahtung ist auf lediglich der ersten Schicht 1A des Substrats 1 an­ geordnet und die zweite Schicht 1B bildet die Hohlräume 4 und verhindert ein Ausbilden von Harzkegeln zu dem Zeit­ punkt eines Verkapselns der Deckelteile 2.
Im allgemeinen entsteht, wenn Harz einer niedrigen Vis­ kosität als ein Klebstoff zu Verkapselungszwecken verwendet wird, ein Harzfluß, wenn das Harz während des Verkapse­ lungsverfahrens ausgehärtet wird, wobei dies zum Ergebnis hat, daß das Harz die externe Elektrode, die auf der Innen­ fläche der Durchgangslöcher 5 vorgesehen ist, und insbeson­ dere den oberen Abschnitt der Elektrode bedeckt, die auf der Innenfläche der Durchgangslöcher 5 vorgesehen ist. In diesem Fall klebt kein Lot an der externen Elektrode, wenn der Endbenutzer das Halbleitergehäuse auf eine Platte mon­ tiert, was zu einem Ausfall führt. Insbesondere fließt in dem Fall eines Trägersubstrats, das keine zweite Schicht aufweist, Harz zu der Elektrode, die auf Innenfläche der Durchgangslöcher vorgesehen ist, was einen Ausfall verur­ sacht.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung weist das Trägersubstrat zwei Schichten auf und verhindert daher die Dicke der Zweischichtstruktur ein Aus­ bilden eines Harzkegels.
(5) Weiterhin wird in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Aluminiumoxidmaterial einer geringen Reinheit für das Trägersubstrat 1 und die Deckel­ teile 2 verwendet. Alternativ können die Deckelteile 2 aus einem dünnen Material oder einem organischen Material aus­ gebildet werden.
Ein Aluminiumoxidmaterial einer geringen Reinheit weist eine hervorragende Zerschneidecharakteristik auf, wodurch eine verhältnismäßig schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeit realisiert wird und die Lebensdauer einer Klinge der Zer­ schneidevorrichtung verlängert wird.
Ein dünnes keramisches oder ein organisches Substrat wird für die Deckelteile 2 verwendet. Obgleich sich Alumi­ niumoxid, das in dem Trägersubstrat 1 enthalten ist, in ei­ nem verhältnismäßig großen Grad verkrümmt oder verbiegt, können die Deckelteile 2 ebenso ausreichend der-Verkrümmung oder Verbiegung in dem Trägersubstrat 1 folgen, wenn die dünnen Deckelteile 2 zum Verkapseln verwendet werden, wo­ durch gute Verkapselungscharakteristiken sichergestellt werden, und bewirkt wird, daß die Deckelteile leichter zu zerschneiden sind.
(6) In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Gehäuse gemäß dem folgenden Verfahren angeordnet: das heißt durch gleichmäßiges Teilen der Innen­ fläche des Trägersubstrats 1 in vier Flächen, durch Ausbil­ den eines als Kreuz geformten Trägers in der Mitte des Trä­ gersubstrats und durch Herstellen der Deckelteile mit einem Viertel der Abmessung des Trägersubstrats (siehe Fig. 1 bis 3B).
Wenn das Trägersubstrat größer und dünner wird, verrin­ gert sich die Festigkeit des Trägersubstrats. Jedoch läßt ein Ausbilden des als ein Kreuz geformten Trägers in dem Trägersubstrat ein Erhöhen der Festigkeit des Träger­ substrats zu.
Weiterhin kann das Verkrümmen in dem gesamten Träger­ substrat durch Pressen des als Kreuz geformten Trägers wäh­ rend des Drahtkontaktierverfahrens vermindert werden, was ein stabiles Kontaktieren bewirkt.
Aus diesen Gründen kann, solange die Deckelteile ebenso derart ausgebildet werden, daß sie die gleiche Abmessung wie die vier Flächen annehmen, die auf dem Trägersubstrat ausgebildet sind (das heißt ein Viertel der Abmessung des Trägersubstrats), das Verkrümmen in dem Trägersubstrat, das von einer Differenz in einer thermischen Ausdehnung her­ rührt, während des Verkapselungsverfahrens verringert wer­ den, und kann ebenso die Restspannung in der Mitte und den Enden der Deckelflächen verringert werden.
(7) Weiterhin kann in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein organisches Substrat, wie zum Beispiel ein Material auf Glasepoxidbasis, anstelle ei­ nes Aluminiumoxidmaterials für das Trägersubstrat verwendet werden.
Obgleich ein Aluminiumoxidmaterial unter Berücksichti­ gung einer Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristi­ ken des Halbleitergehäuses in dem C-Band oder dem Ku-Band ausgewählt wird, kann die Verschlechterung der Charakteris­ tiken des Halbleitergehäuses vernachlässigbar werden, wenn die Gehäuseabmessung klein ist. In einem derartigen Fall kann, solange ein Glasepoxidmaterial, welches eine hervor­ ragende Gehäusetrenncharakteristik aufweist und gegenüber einem Verkrümmen beständig ist, für das Trägersubstrat ver­ wendet wird, eine Ergiebigkeit des Halbleitergehäuses stark erhöht werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Teildraufsicht zum Be­ schreiben eines Hohlraumgehäuses gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die das Träger­ substrat 1 darstellt, bevor das Trägersubstrat 1 verkapselt wird.
Wenn sich das Volumen jedes Hohlraums 4 während der Wärmebehandlung ausdehnt, die bei dem Verkapselungsverfah­ ren durchgeführt wird, wird die innere Luft derart kraft­ voll verdrängt, das sie in den Raum zwischen den Deckeltei­ len 2 und dem Trägersubstrat 1 eindringt, wodurch Blasen erzeugt werden. Wie es in Verbindung mit dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, entweichen die meisten der Blasen aus den Durchgangs­ löchern 5, die in der oberen Fläche des zweiten Substrats 1B (das heißt dem oberen Substrat) des Trägersubstrats 1 ausgebildet sind. Jedoch bleiben einige der Blasen in den Schneidelinien, die zum Trennen der Halbleitergehäuse ver­ wendet werden.
Die Blasen bewirken keine Leckausfälle, während das Trägersubstrat in der Form eines lagenähnlichen Substrats bleibt. Jedoch können, wenn die Halbleitergehäuse getrennt werden, die Blasen Leckausfälle verursachen.
Um derartige Leckausfälle zu verhindern, werden Rillen 10A derart in der oberen Fläche des Trägersubstrats 1 aus­ gebildet, daß sie mit den angrenzenden Durchgangslöchern 5 in Verbindung stehen. Weiterhin werden ebenso Rillen 10B derart in dem Trägersubstrat 1 ausgebildet, daß sie die Rillen 10A mit den Hohlräumen 4 verbinden. Ein Ausbilden von derartigen Rillen 10A und/oder 10B führt zu einem akti­ ven Freigeben der Blasen, die in der Schneidelinie bleiben, wodurch Leckausfälle in den Halbleitergehäusen nach einem Zerschneiden vermindert werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht zum Beschreiben eines Hohlraumgehäuses gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die das Trägersubstrat 1 zeigt, nachdem es verkapselt worden ist.
In dem Fall, in dem Harz einer niedrigen Viskosität für das Verkapselungsklebstoffmaterial 3 verwendet wird, kann, wenn eine Harzfluß zu dem Zeitpunkt eines Aushärtens des Harzes während des Verkapselungsverfahrens entsteht und wenn die Durchgangslöcher 5 in dem Trägersubstrat 1 mit ei­ nem konstanten Durchmesser bzw. einer konstanten Bohrung ausgebildet sind, das Harz den oberen Abschnitt der exter­ nen Elektrode 11 bedecken, die auf der Innenfläche der Durchgangslöcher 5 vorgesehen ist. In einem derartigen Fall wird, wenn der Endbenutzer ein Halbleitergehäuse auf eine Platte montiert, kein Lot an der externen Elektrode haften, wodurch ein Ausfall verursacht wird.
Um einen derartigen Ausfall zu verhindern, werden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, Durchgangslöcher 5A, die in dem ersten Substrat 1A (das heißt dem ersten unteren Substrat) ausgebildet sind, derart ausgebildet, daß sie einen kleine­ ren Durchmesser als Durchgangslöcher 5B aufweisen, die in dem zweiten Substrat 1B (das heißt dem zweiten oberen Substrat) ausgebildet sind. Kurz gesagt wird eine Stufe in den Durchgangslöchern 5 zwischen dem ersten Substrat 1A und dem zweiten Substrat 18 ausgebildet, welche verhindert, daß das Harz in die Durchgangslöcher 5A eindringt, die in dem ersten Substrat 1A ausgebildet sind. Auch wenn Harz einer niedrigen Viskosität als der Verkapselungsklebstoff 3 ver­ wendet wird, wird der obere Abschnitt des externen An­ schlusses 11 nicht von dem Harz bedeckt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Beschrei­ ben eines Hohlraumgehäuses gemäß dem vierten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung, die den Zustand des Klebstoffs zeigt, der auf eine Verkapselungsfläche des Dec­ kelteils 2 aufgetragen ist, bevor das Deckelteil 2 zum Ver­ kapseln verwendet wird.
Der Verkapselungsklebstoff 3, der in dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nimmt eine lagenähnliche Form an. Wenn die Deckelteile 2 durch Erhöhen der Wärmemenge, die während des Verkapse­ lungsverfahrens zugeführt wird, an das Trägersubstrat 1 ge­ klebt werden, bleiben Blasen, die in dem Verkapselungskleb­ stoff 3 entwickelt werden, in der Lagenoberfläche von die­ sem zurück. Um ein Ausbilden der Blasen zu verhindern, wird das Muster des Klebstoffs von einer Lage zu einem Punktmu­ ster geändert. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen punkt­ gemusterten Klebstoff, der auf die Oberfläche des Deckel­ teils 2 aufgetragen ist, welches an das Trägersubstrat 1 zu kleben ist.
Wenn das Trägersubstrat 1 verkapselt wird, werden Bla­ sen, die in dem Klebstoff 12 entwickelt werden, mittels des Raums zwischen den Punkten nach außen gepreßt und abgege­ ben. Nachdem das Trägersubstrat 1 durch das Deckelteil 2 vollständig verkapselt worden ist, bleiben keine Blasen in dem Harz zurück. Demgemäß entsteht auch nach einem Trennen des Trägersubstrats 1 in Gehäuse kein Leckausfall in den Halbleitergehäusen.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung kann jeder punktgemusterte Klebstoff 12 jeder Hohl­ raumfläche 4 entsprechen, die einen Halbleiterchip 7 unter­ bringt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung werden die Halbleiterchips 7 durch Drahtkontaktie­ ren auf dem Trägersubstrat 1 befestigt.
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung ist hinsichtlich der Gehäusestruktur und des Herstel­ lungsverfahrens gleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Jedoch verwendet das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Flip­ chipkontaktieren anstelle eines Drahtkontaktierens, so daß ein Chip direkt an dem Trägersubstrat 1 befestigt wird, was sowohl einen Vorteil eines weiteren Miniaturisierens des Halbleitergehäuses als auch eine Verbesserung der Hochfre­ quenzcharakteristik des Halbleitergehäuses ergibt.
Die Effekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Halbleiterchips in jeweiligen Hohlräumen untergebracht, die in einem plat­ tenähnlichen Trägersubstrat ausgebildet sind. Plattenähnli­ che Deckelteile werden auf das Trägersubstrat geklebt und das Trägersubstrat wird in Halbleitergehäuse zerschnitten. Als Ergebnis können Verkapselungs- und Trenncharakteristi­ ken erzielt werden, welche die gleichen wie diejenigen sind, die durch Spritzgießen erzielt werden.
Weiterhin kann eine Halbleitervorrichtung einer Hohl­ raumgehäusestruktur geschaffen werden, welche die gleiche Ergiebigkeit und die gleichen Kosten wie diejenigen sicher­ stellt, die durch ein Gußgehäuse erzielt werden, und keine Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristiken bewirkt.
Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung Durchgangslöcher in der Nähe der jeweiligen Hohlräume, die in dem Trägersubstrat ausgebildet sind, derart ausgebildet, daß sie zu der Rückseite von diesem dringen. Die Durch­ gangslöcher wirken als Entlüftungslöcher für Blasen, die in Harz angesammelt sind, wodurch ein Auftreten von Blasen verhindert wird und die Wahrscheinlichkeit eines Leckaus­ falls verringert wird.
Weiterhin weist das Trägersubstrat eine Zweischicht­ struktur auf. Eine Elektrode ist lediglich auf der ersten Schicht angeordnet und die zweite Schicht bildet die Hohl­ räume und verhindert ein Ausbilden von Harzkegeln, welche ansonsten während eines Verkapselns des Trägersubstrats durch die Deckelteile verursacht werden würden. Daher ver­ hindert die Dicke der zweiten Halbleiterschicht einen Harz­ fluß.
Weiterhin wird eine Stufe in den Durchgangslöchern aus­ gebildet, was einen Harzfluß verhindert.
Bei dem Verfahren eines Anordnens von Gehäusen in dem Trägersubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Innenfläche des Trägersubstrats in eine Mehrzahl von Berei­ chen geteilt und wird ein Träger zwischen den derart ge­ teilten Bereichen ausgebildet, was die Festigkeit des Trä­ gersubstrats erhöht.
Die Deckelteile werden derart kleiner gemacht, daß sie gleich einer Abmessung der jeweiligen Bereiche werden, die auf dem Trägersubstrat ausgebildet sind, wodurch ein Ver­ krümmen verhindert wird, welches ansonsten während des Ver­ kapselungsverfahrens aufgrund einer Differenz in der ther­ mischen Ausdehnung auftreten würde. Weiterhin kann ebenso eine Restspannung in der Mitte und den Enden der Deckel­ teile verhindert werden.
Rillen werden in der oberen Fläche des Trägersubstrats derart ausgebildet, daß sie angrenzende Durchgangslöcher miteinander verbinden, oder weitere Rillen werden derart ausgebildet, daß sie die angrenzenden Rillen und die Hohl­ räume des Trägersubstrats verbinden, wodurch Blasen freige­ geben werden und die Wahrscheinlichkeit eines Leckausfalls verringert wird, welche ansonsten bei den Halbleitergehäu­ sen nach einem Zerschneiden auftreten würden.
Die Deckelteile können mittels punktgemusterten Kleb­ stoffen angeklebt werden, was die Wahrscheinlichkeit eines Leckausfalls verringert, welcher ansonsten während des Ver­ kapselungsverfahrens auftreten würde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminium­ oxidmaterial einer geringen Reinheit für das Trägersubstrat und/oder die Deckelteile verwendet. Das Aluminiumoxidmate­ rial ist leicht zu zerschneiden, läßt eine Verwendung einer verhältnismäßig schnelleren Verarbeitungsgeschwindigkeit zu und verlängert die Lebensdauer einer Klinge einer Zer­ schneidevorrichtung.
Ein dünnes keramisches oder ein organisches Substrat kann für die Deckelteile verwendet werden, was eine gute Verkapselungscharakteristik sicherstellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Substrat auf organischer Basis, wie zum Beispiel ein Material auf Glas­ epoxidbasis, als das Trägersubstrat verwendet werden, wenn es erforderlich ist. Das organische Substrat läßt ein ein­ faches Trennen von Halbleitergehäusen zu, bewirkt wenig Verkrümmung und kann eine Ergiebigkeit verbessern.
Offensichtlich sind viele Ausgestaltungen und Änderun­ gen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die vorher­ gehenden Ausführungen möglich. Es versteht sich deshalb, daß innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche die vorliegende Erfindung anders in die Praxis umgesetzt werden kann, als es spezifisch beschrieben worden ist.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, werden erfindungs­ gemäß Halbleiterchips in jeweiligen Hohlräumen unterge­ bracht, die in einem plattenähnlichen Trägersubstrat aus­ gebildet sind, und werden plattenähnliche Deckelteile auf das Trägersubstrat geklebt. Das Trägersubstrat wird zer­ schnitten, um dadurch eine Mehrzahl von Halbleitergehäusen auszubilden. Durchgangslöcher sind in dem Trägersubstrat zwischen den Hohlräumen ausgebildet. Das Trägersubstrat und die Deckelteile werden aus einem Aluminiumoxidmaterial ei­ ner geringen Reinheit oder einem organischen Material aus­ gebildet. Die Hohlraumgehäusestruktur verhindert eine Ver­ schlechterung einer Hochfrequenzcharakteristik und erzielt eine hohe Ergiebigkeit.

Claims (13)

1. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte aufweist:
Unterbringen eines Halbleiterchip (7) in jedem einer Mehrzahl von Hohlräumen (4), die in der Hauptfläche ei­ nes plattenähnlichen Trägersubstrats (1) ausgebildet sind;
Kleben eines plattenähnlichen Deckelteils (2) auf die Hauptfläche des Trägersubstrats (1); und
Trennen des verklebten Trägersubstrats (1) und der Dec­ kelteile (2) entlang jedes Raums zwischen angrenzenden Hohlräumen (4), um dadurch eine Mehrzahl von Halblei­ tervorrichtungen auszubilden, welche jeweils den Halb­ leiterchip (7) beinhalten.
2. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ substrat (1) eine Trägerelektrode in dem Hohlraum (4) aufweist, welche mit einer äußeren Elektrode (11) des Trägersubstrats (1) verbunden ist, und der Halbleiter­ chip (7) mit der Trägerelektrode (1) in dem Hohlraum (4) verbunden ist.
3. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern in dem Träger­ substrat (1) zwischen angrenzenden Hohlräumen (4) aus­ gebildet ist.
4. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rillen (10A) zum Verbinden von angrenzenden ersten Durchgangslöchern und/oder Rillen (10B) zum Verbinden des ersten Durch­ gangslochs und des Hohlraums (4) auf der Hauptfläche des Trägersubstrats (1) ausgebildet sind.
5. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ substrat (1) durch Verkleben eines ersten plattenähnli­ chen Substrats (1B) und eines zweiten plattenähnlichen Substrats (1A) ausgebildet wird, in welchem eine Mehr­ zahl von zweiten Durchgangslöchern ausgebildet ist, die den Hohlräumen (4) entsprechen.
6. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Durchgangslöcher einen ersten Abschnitt (5B) durch das erste plattenähnliche Substrat (1B) und einen zweiten Abschnitt (5A) durch das zweite plattenähnliche Substrat (1A) aufweisen, in welchem der zweite Ab­ schnitt einen kleineren Durchmesser als der erste Ab­ schnitt aufweist.
7. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ substrat (1) durch Verkleben eines ersten plattenähnli­ chen Substrats (1B) und eines zweiten plattenähnlichen Substrats (1A) ausgebildet wird, in welchem eine Mehr­ zahl von zweiten Durchgangslöchern zum Ausbilden einer Mehrzahl von Hohlräumen ausgebildet ist.
8. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4) durch einen Bereich, der keine Hohlräume in sich aufweist, in zwei oder mehr Gruppen getrennt sind.
9. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (2) entsprechend den jeweiligen Gruppen geteilt ist und die derart geteilten Deckelteile (2) auf die Hauptflä­ che der jeweiligen Gruppen geklebt werden.
10. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelteile (2) an die Hauptfläche des Träger­ substrats (1) durch Auftragen von punktgemusterten Klebstoffen zwischen diesen geklebt werden.
11. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (1) aus einem Aluminiumoxidmate­ rial einer geringen Reinheit oder einem organischen Ma­ terial ausgebildet wird.
12. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (2) aus einem Aluminiumoxidmaterial einer geringen Reinheit oder einem organischen Material ausgebildet wird.
13. Halbleitervorrichtung, die durch das Verfahren nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
DE1999159938 1999-03-30 1999-12-13 Herstellungsverfahren einer eine Gehäusestruktur aufweisenden Halbleitervorrichtung Expired - Lifetime DE19959938C2 (de)

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