DE3523061A1

DE3523061A1 - Halbleiter-chip-anordnung

Info

Publication number: DE3523061A1
Application number: DE19853523061
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Wuerzle; Hans-Juergen Dipl I Romanowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1987-01-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Chip-Anord nung auf einem Kühlkörper aus Aluminium bei zwischenlie gender elektrischer Isolierung aus Keramik. Es ist in einer Anmeldung mit älterem Zeitrang schon vorgeschlagen worden, einen Transistor-Chip auf einen nicht lötbaren Kühlkörper unter Zwischenlage einer lötbaren Trägerschicht aus Kupfer-Aluminium-Verbundmaterial aufzubringen. Die Keramik besteht hierbei aus Berylliumoxid (DE G 84 08 881.8).

Für den Aufbau hochleistungsfähiger Elektronik-Bauelemente sind Halbleiterchips auf nicht lötbaren Kühlkörpern auf zubringen, um eine Wärmesenke zu schaffen. Preiswerte Kühlkörper bestehen im allgemeinen aus Aluminium, das sich gleichfalls nicht für Lötverbindungen eignet. Mit einem Kupfer-Aluminium-Verbundmaterial (Cupal-Schicht) kann eine Berylliumoxidkeramik aufgebracht werden. Hierbei kann die Aluminiumschicht mit dem Aluminiumkörper durch Ultraschallschweißen verbunden werden. Die Kupfer seite ermöglicht eine Lötverbindung zur Keramik, insbe sondere zu einer Berylliumoxidkeramik.

Lötbare Trägerschichten kann man allgemein auch durch Leit kleber oder durch elektrochemische Methoden erreichen. Als Deckschicht, um lötbare Oberflächen zu erzielen, wird ins besondere Nickel verwendet.

Die bekannten Maßnahmen, um Halbleiter-Chips auf Kühlkör pern aufzubringen, sind entweder aufwendig oder es wird mit Berylliumoxidkeramik gearbeitet. Keramik auf der Basis von Berylliumoxid befriedigt jedoch unter Aspekten des Umweltschutzes nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter- Chip-Anordnung auf einem Kühlkörper aus Aluminium zu ent wickeln, die sich wirtschaftlich herstellen läßt und ohne Berylliumoxid auskommt.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nach der Er findung darin, daß die Keramik auf der Basis von Alumini um ausgebildet ist, insbesondere auf der Basis von Alu miniumoxid, Al₂O₃, oder Aluminiumnitrid AlN, und daß zwi schen der Keramik und dem Halbleiterchip eine Kupfer schicht angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Beryllium oxidkeramik durch eine Keramik auf Aluminiumbasis ersetzt werden kann, wenn für eine Wärmespreizung gesorgt wird. Es können dann weniger gut wärmeleitende Keramiken ein gesetzt werden, da die Kupferschicht es ermöglicht, die Wärme auf eine ausreichend große Fläche zu verteilen, so daß der Wärmetransport zum Kühlkörper ausreicht.

Nach einer Weiterbildung ist die Keramik, insbesondere eine Al₂O₃-Keramik oder eine AlN-Keramik mit der Kupfer schicht in einer intermetallischen Verbindung in einem Schichtverband verbunden. Eine solche intermetallische Verbindung läßt sich zwischen Kupfer und Al₂O₃ oder AlN durch bekannte Schmelzverfahren unter Edelgaseinfluß herstellen.

Die Keramik kann mit dem Kühlkörper aus Aluminium ver klebt werden oder auch in anderer bekannter Weise ver bunden werden.

Die Keramik läßt sich mit ihrer Kupferschicht des Schich tenverbandes mit dem Halbleiterchip verlöten. Die Kupfer schicht des Schichtenverbandes kann in an sich bekannter Weise vernickelt sein, um Anschlußleitungen in Bond-Tech nik, also durch Reibschweißen leicht anschließen zu kön nen. Die Vernickelung kann also auf der Kupferoberfläche außerhalb des Chips und der Keramik aufgebracht sein.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:

Mit einem Kühlkörper 1, einer Grundplatte aus Aluminium guß, ist eine Keramik 2 wärmeleitend verbunden, bei spielsweise aufgeklebt. Im Ausführungsbeispiel ist eine Klebschicht 3 veranschaulicht. Die Keramik 2 auf der Ba sis von Aluminium - beispielsweise Aluminiumoxid, Al₂O₃, oder Aluminiumnitrid, AlN - trägt eine dicke Kupferschicht 4, beispielsweise einen Block aus Kupfer, auf dem der Halbleiterchip 5 angelötet ist. Die Lötzone ist mit 6 veranschaulicht.

Die Keramik 2 auf Aluminiumbasis, insbesondere eine Al₂O₃- Keramik, ist mit der Kupferschicht 4 in einer intermetal lischen Verbindung 7 zu einem Schichtenverband 8 verbunden. Die intermetallische Verbindung zwischen Kupfer und Al₂O₃ kann durch bekannte Schmelzverfahren unter Edelgaseinfluß hergestellt werden.

Die beschriebene Halbleiter-Chip-Anordnung weist den Vor teil auf, daß der Wärmewiderstand durch die Wärmesprei zung im Kupferblock 4 an die Erfordernisse im einzelnen leicht angepaßt werden kann, daß die Anordnung aus Halb leiterchip und Kühlkörper gegen Temperaturzyklen bestän diger ist als bekannte Anordnungen ohne Wärmespreizung.

Die Anordnung läßt sich weiter gut automatisieren und man kommt mit geringem Platzbedarf im Wasserstoffofen aus.

Claims

1. Halbleiter-Chip-Anordnung auf einem Kühlkörper (1) aus Aluminium bei zwischenliegender elektrischer Isolierung aus Keramik (2), dadurch gekennzeich net, daß die Keramik (2) auf der Basis von Aluminium ausgebildet ist, insbesondere auf der Basis von Aluminium oxid, Al₂O₃, oder Aluminiumnitrid, AlN, und daß zwischen der Keramik (2) und dem Halbleiterchip (5) eine Kupfer schicht (4) angeordnet ist.

2. Halbleiter-Chip-Anordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Kera mik (2), insbesondere Al₂O₃, mit der Kupferschicht (4) in einer intermetallischen Verbindung (7) zu einem Schichtenverband (8) verbunden ist.

3. Halbleiter-Chip-Anordnung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß die Kera mik (2) mit einem Kühlkörper (1) aus Aluminium ver klebt ist.

4. Halbleiter-Chip-Anordnung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß die Kera mik (2) mittels der Kupferschicht (4) des Schichten verbandes (8) mit dem Halbleiterchip (5) verlötet ist.

5. Halbleiter-Chip-Anordnung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht (4) des Schichtenverbandes (8) im Be reich von Anschlußleitungen vernickelt ist.