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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung
einer mit Harz versiegelten Halbleitervorrichtung. Genauer
betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung einer mit Harz
versiegelten Halbleitervorrichtung, wobei ein Halbleiterchip
elektrisch mit Drähten für die äußere Verbindung mit Hilfe eines
elektrisch leitenden Materials verbunden wird.
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Bei mit Harz versiegelten Halbleitervorrichtungen, bei denen
Halbleiterchips elektrisch verbunden werden mit Drähten für
äußere Verbindungen über elektrisch leitende Materialien, wurden
die PN-Übergänge der Halbleiterchipoberfläche, die MOS-Gates,
die Bondinseln, und feine Aluminiumdrähte ebenso wie elektrisch
leitendes Material, wie Leitungsdrähte, Lötperlen und
Flachleiteranschlüsse mit einer gehärteten Siliconschicht, zum Beispiel
hochreinem siliconharz, Siliconkautschuk oder Silicongel
beschichtet, um Abbau und Korrosion zu vernindern und um
mechanische Spannungen und Spannungen aufgrund der Ausdehnung und
Zusammenziehung durch Temperaturänderungen bei dem abdichtenden
Harz zu mildern. Eine Beschichtung aus einem Abdichtharz wird
dann auf die Beschichtung, die die gehärtete Siliconschicht
bildet, aufgetragen. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt dieser Art
einer üblichen mit Harz abgedichteten Halbleitervorrichtung. Ein
Teil der Bondinsel (3) und der Goldverbindungsdrähte (4) sind
mit einer flüssigen härtbaren Siliconkautschukzusammensetzung
beschichtet. Diese wird thermisch gehärtet unter Bildung einer
Siliconkautschukschicht (5). Ein Abdichtharz, wie zum Beispiel
ein Epoxyharz (6) wird dann verwendet, um eine Dichtung über
dieser Siliconkautschukschicht, dem Rest der Verbindungsdrähte
(4) und dem inneren Teil der Drähte für äußere Verbindungen (7)
zu bilden.
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Bei dieser Art mit Harz abgedichteter Halbleitervorrichtung ist
die gehärtete Siliconschicht im allgemeinen vergleichsweise
dick, 100 bis 500 um. In anderen Worten, wird ein Teil des
Goldverbindungsdrahtes (4) auch von der Siliconkautschukschicht (5)
bedeckt. So können diese Verbindungsdrähte (4) brechen, wenn die
Beschichtung auf den mit Silicon beschichteten monolithischen
IC-Chip (1), den Verbindungsdrähten (4) und dem inneren Teil der
Drähte für äußere Verbindungen (7) gebildet wird oder wenn die
abgedichteten Produkte einem Wärmezyklustest oder einem
Wärmeschocktest unterzogen werden. Dies ist ein Problem.
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Wenn abgedichtete Produkte auf der Oberfläche eines gedruckten
Schaltkreises installiert werden, unterliegen sie dem
Wärmeschock, daß sie in ein Lötbad mit 260º C eingetaucht werden und
dann herausgezogen und gekühlt werden, was auch solche Probleme
wie ein Brechen der Goldverbindungsdrähte (4), ebenso wie ein
Reißen des abdichtenden Epoxyharzes (6) verursachen kann, was zu
einer Zerstörung der gegenüber Feuchtigkeit resistenten
Eigenschaften der Halbleitervorrichtung führt. Diese Probleme treten
auf, da das Silicon, das die gehärtete Siliconschicht bildet,
nicht ausreichend für diese Anwendungen modifiziert wurde, so
daß eine ungenügende Haftung und eine ungenügende Vereinigung
zwischen dem abdichtenden Epoxyharz (6) und der
Siliconkautschukschicht (5) auftritt. Als Ergebnis unterliegen während des
Wärmezyklustests und des Wärmeschocktests oder wenn der
Wärmeschock während der Installation auf dem gedruckten Schaltkreis
durchlaufen wird, das dichtende Epoxyharz (6) und die
Siliconschicht (5) einer schnellen Expansion und einem Schrumpfen und
eine Bewegung tritt auf an der Grenzfläche zwischen den beiden
Materialien aufgrund der Unterschiede in ihren
Wärmeausdehnungskoeffizienten. Feuchtigkeit tritt in die mikroskopisch kleinen
Räume, die zwischen dem abdichtenden Epoxyharz (6) und der
Siliconkautschukschicht (5) gebildet werden, ein.
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Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 124 624,
veröffentlicht am 14. November 1984, Mine et al, die äquivalent ist der
japanischen offengelegten Patentanmeldung (Kokai) Nr. 59-87 840,
veröffentlicht am 21. Mai 1984 und die europäische
Patentveröffentlichung Nr. 0 210 442, veröffentlicht am 4. Februar 1987,
Ryuzo, die äquivalent ist der of fengelegten japanischen
Patentanmeldung (Kokai) Nr. 61-230 344, veröffentlicht am 14. Oktober
1986, schlugen vor, diese Probleme zu lösen, aber die Lösungen,
die sie lieferten, waren nicht angemessen.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die Probleme, die
bei der üblichen Technologie auftreten, vollständig zu lösen.
Genauer betrifft diese Erfindung Verfahren zur Herstellung einer
mit Harz abgedichteten Halbleitervorrichtung, die ausgezeichnete
Eigenschaften in Bezug auf die Feuchtigkeitsbeständigkeit,
Korrosionsbeständigkeit und Spannungsrelaxation zeigt, bei der die
Verbindungsdrähte nicht leicht gebrochen oder beschädigt werden
durch wiederholte Wärmezyklen und Hitzeschock, wiederholte
Unterbrechungen des Stromflusses oder Langzeitanwendungen von
Hitze oder Druck.
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Die Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung
von mit Harz abgedichteten Halbleitervorrichtungen, das
gekennzeichnet ist dadurch, daß mindestens ein Halbleiterchip einer
Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden wird mit
Verbindungsdrähten für die äußere Verbindung mit Hilfe von elektrisch
leitenden Materialien, die Oberfläche des Chips und mindestens
Teile dieses elektrisch leitenden Materials in der Nähe des
Halbleiterchips mit einer härtbaren selbstbindenden
Siliconzusammensetzung bedeckt werden, die gehärtet wird unter Bildung
einer gehärteten Siliconschicht, die an der
Halbleiterchipoberfläche und mindestens den Teilen des elektrisch leitenden
Materials in der Nähe des Halbleiterchips anhaftet und daß man die
gehärtete Siliconschicht mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt,
dann eine kennzeichnende Dichtung bildet, indem die gehärtete
Siliconschicht mit einem Dichtungsharz bedeckt wird, so daß die
mit Harz abgedichtete Halbleitervorrichtung an der gehärteten
Siliconschicht der Halbleiterchipoberfläche und mindestens den
Teilen des elektrisch leitenden Materials in der Nähe des
Halbleiterchips haftet und diese bedeckt und daß die Oberfläche
dieser gehärteten Siliconschicht, nachdem sie ultraviolett
bestrahlt wurde, an dem abdichtenden Harz, von dem sie bedeckt
wird, haftet und damit vereinigt wird.
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Die Aufgaben werden weiterhin gelöst mit einem Verfahren zur
Herstellung einer mit Harz abgedichteten Halbleitervorrichtung,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein
Halbleiterchip der Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden ist mit
äußeren Drahtverbindungen mit Hilfe eines elektrisch leitenden
Materials, daß die Oberfläche des Chips und mindestens die Teile
des elektrisch leitenden Materials in der Nähe des
Halbleiterchips mit einer wärmehärtbaren selbstbindenden
Siliconzusammensetzung beschichtet werden, daß die wärmehärtbare selbstbindende
Siliconzusammensetzung mit Ultraviolettbestrahlung gehärtet wird
unter Bildung einer gehärteten Siliconschicht, die an der
Halbleiteroberfläche und mindestens den Teilen des elektrisch
leitenden Materials in der Nähe des Halbleiterchips haftet und dann
eine kennzeichnende Dichtung bildet, in dem die durch
Ultraviolettbestrahlung behandelte gehärtete Siliconschicht mit einem
Dichtungsharz bedeckt wird, so daß die gehärtete Siliconschicht
bedeckt wird und an seiner Oberfläche haftet und die Oberfläche
der gehärteten Siliconschicht, nachdem sie ultraviolett
bestrahlt wurde, an dem Abdichtharz, von dem sie bedeckt wird,
haftet und mit ihm vereinigt wird.
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Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen mit Harz abgedichteten
IC, der ein praktisches Beispiel für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt eines SIP-Hybrid-IC's, der mit
pulverförmigen Epoxyharz abgedichtet ist, ein weiteres
praktisches Beispiel für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines DIP-Hybrid-IC's, der mit
flüssigem Phenolharz abgedichtet ist, ein weiteres
praktisches Beispiel für eine erfindungsgemäß
hergestellte Vorrichtung.
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Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Beispiels für einen üblichen
mit Harz abgedichteten IC.
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Fig. 5 ist ein Querschnitt eines üblichen SIP-Hybrid-IC's,
der mit pulverförmigen Epoxyharz abgedichtet ist.
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Fig. 6 ist ein Querschnitt eines Beispiels eines
DIP-Hybrid-IC's, der mit flüssigem Phenolharz abgedichtet ist.
Liste der Bezugsziffern mit Definitionen
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1 Monolithischer IC-Chip
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2 Streifen
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3 Bondinsel
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4 Goldverbindungsdraht
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5 Siliconkautschukschicht
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6 Dichtendes Epoxyharz
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7 Draht für äußere Verbindungen
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8 Keramiksubstrat
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9 ultraviolett bestrahlte Oberfläche
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14 Aluminiumverbindungsdraht
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15 Siliconharzschicht
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16 Dichtendes Phenolharz
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Zur Erklärung wird der Ausdruck "Halbleitervorrichtung" in der
vorliegenden Erfindung breit definiert, was nicht nur
unabhängige Halbleitervorrichtungen wie Dioden, Transistoren und
Thyristoren einschließt, sondern auch IC-Einheiten, wie
monolithische IC's und Hybrid-IC's ebenso wie LSI's.
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"Halbleiterchip" bezieht sich auf einen Chip, der einen
Hauptteil der oben erwähnten Halbleitervorrichtung bildet und
schließt Diodenchips, Transistorchips, Thyristorchips,
monolithische IC-Chips und Hybrid-IC-Chips ein. Das "elektrisch
leitende Material" verbindet den Halbleiterchip mit äußeren
Verbindungsdrähten elektrisch. Typische Beispiele schließen
Verbindungsdrähte aus Aluminium, Gold und Kupfer ein mit Lötperlen
bei flipartigen Halbleitervorrich£ungen und Stegen bei mit
Stegetechnik hergestellten Halbleitervorrichtungen. Das elektrisch
leitende Material wird normalerweise mit dem inneren Teil der
äußeren Verbindungsdrähte verbunden, kann aber bei Hybrid-IC's
auch mit dem inneren Teil über Dickfilmschaltkreise und
Dünnfilmschaltkreise auf der Leiterplatte verbunden werden.
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Das "abdichtende Harz" kann irgendein organisches Harz sein, das
keinen schädlichen Einfluß auf die Leistung des Halbleiters oder
seine Zuverlässigkeit hat. Diese Kategorie schließt
wärmeformbare Harze ein, für die Polyphenylensulfid ein Beispiel ist und
thermisch härtbare Harze, für die Epoxyharz, Siliconharz und
phenolische Harze beispielhaft sind. Vor dem Abdichten kann das
Harz in flüssiger Form, Pastenform, fester Form, Pulverform etc.
bei Raumtemperatur sein. Zusätzlich zu dem Harz enthält die
Zusammensetzung häufig Füllstoffe und/oder Additive und
thermisch härtbare Harze enthalten ein Härtungsmittel zusätzlich zu
den Füllstoffen.
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Die gehärtete Siliconschicht wird hergestellt aus einer
härtbaren Siliconzusammensetzung, die durch ein Verfahren oder eine
Kombination von Verfahren gehärtet werden kann, zum Beispiel
durch Stehen bei Raumtemperatur, Erwärmen, Infrarotbestrahlung
und elektrische Bestrahlung. Vor dem Härten kann die
Zusammensetzung bei Raumtemperatur in Form einer Flüssigkeit, einer
Paste, eines klebrigen Feststoffs, eines Pulvers oder Feststoffs
sein. Die gehärtete Siliconschicht kann bei Raumtemperatur im
Zustand eines festen Harzes, im Kautschukzustand, im Gelzustand
oder einem Zwischenzustand sein.
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Die gehärtete Siliconschicht haftet an der Oberfläche des
Halbleiterchips und mindestens den Teilen des elektrisch leitenden
Materials in der Nähe des Halbleiterchips, wobei sie die
Oberfläche des Halbleiterchips und mindestens die Teile des
elektrisch leitenden Materials in der Nähe des Halbleiterchips
beschichtet, wobei gleichzeitig die durch Ultraviolettstrahlung
gehärtete Siliconschicht an dem dichtenden Harz, das sie
bedeckt,
haftet und sich mit ihm vereinigt. "Haftung an und
Vereinigung mit" bedeutet, daß auch unter der Belastung durch
thermische Spannung und mechanische Spannung keine Trennung zwischen
den Oberflächen der gehärteten Siliconschicht und der dichtenden
Harzschicht auftritt. Diese Haftung ist so stark, daß eine der
Schichten zerstört wird, wenn eine Trennung der gehärteten
Siliconschicht von der dichtenden Harzschicht erzwungen wird, was
als "cohäsive Haftung" bezeichnet wird.
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Typische Beispiele für härtbare Siliconzusammensetzungen, die
verwendet werden können zur Bildung der gehärteten
Siliconschicht schließen ein: (1) härtbare Siliconzusammensetzungen,
die siliciumgebundene Wasserstoffatome enthalten, und
Organopolysiloxane, die Vinylgruppen enthalten und im gehärteten Zustand
siliciumgebundene Wasserstoffatome enthalten; (2) härtbare
Siliconzusammensetzungen, die siliciumgebundeiie hydrolisierbare
Gruppen und siliciumgebundene hydrolisierbare Gruppen im
gehärteten Zustand enthalten; und (3) härtbare
Siliconzusammensetzungen, die siliciumgebundene Wasserstoffatome und
siliciumgebundene hydrolisierbare Gruppen enthalten und
siliciumgebundene Wasserstoffatome und siliciumgebundene hydrolisierbare
Gruppen im gehärteten Zustand enthalten.
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Härtbare Siliconzusammensetzungen der Klasse (1) umfassen
härtbare selbstbindende Siliconzusammensetzungen von
Organopolysiloxanen, die Vinylgruppen enthalten, Organohydrogenpolysiloxanen
und einer Platinverbindung als Katalysator als Hauptreagenzien
in einem solchen Verhältnis, daß die siliciumgebundenen
Wasserstoffatome im beträchtlichen Überschuß gegenüber den
siliciumgebundenen Vinylgruppen vorhanden sind. Diese Zusammensetzungen
können gehärtet werden, indem die Inhaltsstcffe bei
Umgebungsbedingungen vermischt werden, oder, wenn bestimmte
Platinkatalysatorinhibitoren vorhanden sind, durch Erwärmen.
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Gehärtete Siliconzusammensetzungen der Klasse (2) umfassen
härtbare selbstbindende Siliconzusammensetzungen aus
Organopolysiloxanen, die Vinylgruppen enthalten, Organohydrogenpolysiloxan,
einem reaktiven Haftmittel, zum Beispiel VInyltrialkoxysilan,
Aryltrialkoxysilan oder gamma-Methacryloxypropyltrialkoxysilan
und einem Platinkatalysator als Hauptinhaltsstoffe.
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Härtbare Siliconzusammensetzungen der Klasse (3) umfassen
härtbare selbstbindende Siliconzusammensetzungen aus
Organopolysiloxanen, die Vinylgruppen enthalten, Organohydrogenpolysiloxa
nen, einem reaktiven Haftmittel, zum Beispiel
Vinyltrialkoxysilan, Aryltrialkoxysilan oder
gamma-Methacryloxyproyltrialkoxysilan, und einem Platinkatalysator als Hauptinhaltsstoffe in einem
solchen Verhältnis, daß die siliciumgebundenen Wasserstoffatome
in beträchtlichem Überschuß bezüglich der siliciumgebundenen
Vinylgruppen vorhanden sind. Diese Zusammensetzungen können
gehärtet werden, indem die Inhaltsstoffe bei
Umgebungsbedingungen vermischt werden. Bevorzugte härtbare selbstbindende
Siliconzusammensetzungen sind durch Additionsreaktion härtbare
Zusammensetzungen wie oben erwähnt und von diesen sind die
thermisch härtbaren Zusammensetzungen bevorzugt. Jedoch sind über
organische Peroxide durch Radikalreaktion härtbare
Zusammensetzungen und durch Reduktionsreaktion härtbare
Zusammensetzungen auch annehmbar.
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Härtbare Siliconzusammensetzungen können die Additionsreaktion
verzögernde Mittel, verstärkende Füllstoffe, das Volumen
erhöhende Füllstoffe, wärmebeständige Mittel, Pigmente etc.
enthalten. Jedoch sollte der Gehalt an Substanzen, die einen
schädlichen Einfluß auf die Leistung des Halbleiters haben,
insbesondere Alkalimetalle und Halogenionen, unter 1 ppb oder weniger
gehalten werden, während, um durch Alphastrahlen induzierte
Weichfehler, die durch radioaktive Elemente verursacht werden,
zu verhindern, der Gesamtgehalt solcher radioaktiven Elemente,
wie zum Beispiel Uran und Thorium bei 0,1 ppb oder weniger
gehalten werden sollte.
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Die gehärtete Siliconschicht bedeckt die funktionellen Teile der
Oberfläche der Halbleiterchips, einschließlich PN-Übergängen,
MOS-Gates, Aluminiumdrähte und Bondinseln ebenso wie mindestens
solche Teile der elektrisch leitenden Materialien, wie
Verbindungsdrähte, Lötperlen, Beam-Leads etc. in der Nähe der
Halbleiterchips. Zusätzlich können die Seiten der Halbleiterchips,
verbleibende Teile der elektrisch leitenden Materialien und
andere Teile als der Halbleiterchip und die elektrisch leitenden
Materialien in dem Hybrid-IC, zum Beispiel Schichtschaltungen,
Widerstände und Kondensatoren je nach Bedarf beschichtet werden.
Es ist wünschenswert, daß die nichtfunktionellen Teile der
Halbleiterchipseiten auch mit einer gehärteten Siliconschicht
bedeckt werden. Die Dicke der gehärteten Siliconschicht sollte
ausreichend sein, um die Oberfläche des Halbleiterchips und die
Teile des elektrisch leitenden Materials in der Nähe dieses
Halbleiterchips entsprechend zu bedecken in einer Dicke von
mehreren um oder vorzugsweise mehr. Dicken von ungefähr 10 bis
500 um sind üblich, wobei eine Dicke von mehreren mm in extremen
Fällen annehmbar ist.
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Die Ultraviolettbestrahlung der Oberfläche der gehärteten
Siliconschicht ist ein sehr wichtiges wesentliches Element der
vorliegenden Erfindung und ist äußerst wichtig, um die Haftung und
Vereinigung des Dichtungsharzes mit der gehärteten
Siliconschicht sicherzustellen. Die bei der vorliegenden Erfindung
verwendete Ultraviolettstrahlung ist gewöhnliche hochintensive
Ultraviolettstrahlung. Quellen hierfür schließen zum Beispiel
Quecksilberlampen mit Ultrahochspannung,
Hochspannungsquecksilberlampen, Niederspannungsquecksilberlampen und
Xenonquecksilberlampen ein. Die Menge an Ultraviolettstrahiung, die
erforderlich ist, variiert abhängig von den Eigenschaften der gehärteten
Siliconschicht, aber allgemein sind die Verwendung einer
Ultraviolettlampe mit 100 bis 3000 Watt Leistung, und ungefähr 1 bis
300 Sekunden Bestrahlung ausreichend, wobei 10 bis 120 Sekunden
Bestrahlung bevorzugt sind. Längere Zeiten werden gewöhnlich
verwendet bei Quellen für die Ultraviolettstrahlung mit geringer
Leistung.
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Wenn die gehärtete Siliconschicht der vorliegenden Erfindung aus
einer thermisch härtbaren selbstbindenden Siliconzusammensetzung
gebildet wird, werden die Oberfläche des Halbleiterchips und
mindestens die Teile des elektrisch leitenden Materials, die in
der Nähe des Halbleiterchips sind, mit der thermisch härtbaren
selbstbindenden Siliconzusammensetzung beschizhtet, so daß Wärme
angewendet werden kann und die beschichteten Oberflächen einer
Ultraviolettstrahlung ausgesetzt werden können. Die Erwärmung
kann durch eine übliche Wärmequelle erfolgen oder mit einer
Lampe, die als Quelle für die Ultraviolettstrahlung verwendet wird.
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Um die mit Harz versiegelte Halbleitervorrichtung der
vorliegenden Erfindung herzustellen, können zum Beispiel die Oberfläche
des Halbleiterchips und mindestens die Teile der elektrisch
leitenden Materialien in der Nähe des Halbleiterchips mit der
härtbaren selbstbindenden Siliconzusammensetzung beschichtet
werden und, nachdem diese gehärtet ist, kann die Oberfläche der
gehärteten Siliconschicht einer Ultraviolettbestrahlung
ausgesetzt werden oder eine Ultraviolettbestrahlung durchgeführt
werden, während das Härten erfolgt. Für diesen Fall ist es
bevorzugt, daß die härtbare selbstbindende Siliconzusammensetzung
thermisch härtbar ist und es ist noch bevorzugter, wenn die
Zusammensetzung auch durch Additionsreaktion härtbar ist. Es ist
auch bevorzugt, daß das Härten ein thermisches Härten ist und
dann wird die obige Halbleitervorrichtung mit einem
Dichtungsharz versiegelt und geformt, wie zum Beispiel einem dichtenden
Epoxyharz, in dem es die inneren Teile der Drähte für äußere
Verbindungen, die elektrisch leitenden Materialien und die
Halbleiterchips umhüllt. Die Beschichtung aus der härtbaren
selbstbindenden Siliconzusammensetzung kann mit Methoden aufgetragen
werden, wie zum Beispiel Eintauchen, Anstreichen, Sprühen und
Tauchen, während das dichtende Harz gebildet werden kann durch
Spritzpressen, Spritzguß, Pulveraufbringung und in situ
Einbettung. Die mit Harz versiegelten Halbleitervorrichtungen der
vorliegenden Erfindung können verwendet werden für solche
Anwendungen, wie Computer, Fernseher, Videokassettenrecorder und
automatisch kontrollierte Maschinen.
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Im folgenden werden praktische Beispiele der vorliegenden
Erfindung
und Vergleichsbeispiele unter Anwendung üblicher
Technologie angegeben. Im folgenden beziehen sich "Teile" auf
"Gewichtsteile". Viscositätswerte wurden bei 25ºC erhalten. Der
Wärmezyklustest wurde kontinuierlich durchgeführt zwischen einer
minimalen Temperatur von -65ºC und einer maximalen Temperatur von
180ºC, wobei ein Zyklus drei Stunden erforderte. Für den
Wärmeschocktest wurden die Proben wiederholt zuerst 30 Minuten auf
-50ºC und dann 30 Minuten auf 150ºC gehalten. Der thermische
Ermüdungstest wurde durchgeführt, indem wiederholt der Stromfluß
unterbrochen wurde.
Praktisches Beispiel 1
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Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung eines mit Harz
versiegelten IC's mit Drahtkontaktierung, ein praktisches Beispiel der
vorliegenden Erfindung. Auf die Oberfläche des monolithischen
IC-Chips (1), der auf dem Streifen (2) angeordnet ist, und auf
die Teile der Goldverbindungsdrähte (4) in der Nähe des Chips
(1) wurde eine durch Additionsreaktion härtbare
Siliconkautschukzusammensetzung mit einem molaren Verhältnis von
siliciumgebundenen Wasserstoffatomen zu Vinylgruppen der Komponente (a),
die unten beschrieben ist, von 2:1, aufgetropft. Diese
Siliconkautschukzusamrnensetzung war zusammengesetzt aus:
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(a) 100 Teilen eines Copolymers aus Dimethylsiloxaneinheiten
und Methylphenylsiloxaneinheiten mit endständigen
Dimethylvinylsiloxyeinheiten an beiden Enden der Molekülkette (Viscosität 2,0
Pa s)
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(b) 3,0 Teilen eines Methylhydrogenpolysiloxans mit
endständigen Trimethylsiloxyeinheiten an beiden Enden der Molekülkette
(Viscosität (0,02 Pa s)
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(c) 2,0 Teilen Aryltrimethoxysilan und
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(d) einer ausreichenden Menge des Komplexes von
Chlorplatinsäure mit Divinyltetramethyldisiloxan, um einen Platinatomgehalt in
der gesamten Zusammensetzung von 5,0 ppm zu erzeugen.
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Nachdem diese Zusammensetzung aufgetropft worden war, wurde sie
gehärtet durch 10minütiges Erwärmen auf 100ºC, wonach die
gehärtete Silicon-Kautschukschicht 6 cm von einer Quecksilberlampe
mit Ultrahochspannung mit 3000 Watt angeordnet wurde. Die
Ultraviolettbestrahlung wurde 60 Sekunden lang durchgeführt. Als
nächstes wurde eine Dichtung gebildet auf den verbleibenden
Teilen der Goldverbindungsdrähte (4) und der inneren Teile der
äußeren Zuleitungen (7), ebenso wie auf dem mit
Silicon-Kautschuk beschichteten Teil unter Verwendung eines im Handel
erhältlichen Dichtungsepoxyharzes (6).
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Die Siliconkautschukschicht (5), die sich durch das Härten der
oben erwähnten Siliconkautschukzusammensetzung ergab, bedeckte
die Oberfläche des monolithischen IC-Chips (1) und die Teile der
Goldverbindungsdrähte (4) in der Nähe des IC-Chips (1), unter
Bildung eines haftenden Zustandes und haftete auch stark an dem
dichtenden Epoxyharz (6), das die Oberfläche (9) bedeckte, das
einer Ultraviolettbestrahlung unterzogen worden war, und wurde
damit vereinigt. Dieser mit Harz versiegelte IC zeigte kein
Brechen der Goldverbindungsdrähte (4), nicht einmal nach 2500
Zyklen des Wärmezyklustests und kein Brechen der
Goldverbindungsdrähte (4) nach 800 Zyklen des Wärmeschocktests. Die
elektrischen Eigenschaften wurden für die Halbleitervorrichtung der
vorliegenden Erfindung nach 700 Stunden PCT gemessen (121ºC, 2
Atmosphären Druck), ohne daß Unregelmäßigkeiten beobachtet
wurden bei den Aluminiumdrahtschaltungen etc. auf der
Halbleiterchipoberfläche.
Vergleichsbeispiel 1
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Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels eines
üblichen mit Harz versiegelten IC's mit Drahtkontaktierung. Auf
der Oberfläche des monolithischen IC-Chips (1), der auf dem
Streifen (2) angeordnet ist, und den Teilen der
Goldverbindungsdrähte (4) in der Nähe des Chips wurde eine übliche durch
Additionsreaktion härtbare Silicon-Kautschuk-Zusammensetzung
aufgetropft, die aus 100 Teilen der Komponente (a) aus dem
praktischen Beispiel 1, 3,0 Teilen der Komponente (b) und gerade
genug Komponente (d) um eine Konzentration an Platinatomen von
5,0 ppm in der gesamten Zusammensetzung zu liefern,
zusammengesetzt war. Die entstehende beschichtete Zusammensetzung wurde
10 Minuten bei 100ºC thermisch gehärtet, wonach sie zusammen mit
dem Rest der Goldverbindungsdrähte (4) und den inneren Teilen
der äußeren Zuleitungen (7) unter Verwendung eines im Handel
erhältlichen dichtenden Epoxyharzes (6) beschichtet wurde.
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Die Siliconkautschukschicht (5), die durch das Härten der oben
erwähnten Siliconkautschukzusammensetzung entstand, bedeckte die
Oberfläche des monolithischen IC-Chips (1) und die Teile der
Goldverbindungsdrähte (4) in der Nähe des IC-Chips (1), wobei
ein Zustand geringer Haftung gebildet wurde. Die Beschichtung
schien in engem Kontakt mit dem dichtenden Epoxyharz (6), das
sie bedeckte, zu sein, aber eine mikroskopische Untersuchung
zeigte die Gegenwart von Mikrohohlräumen zwischen diesen
Oberflächen ohne echte Haftung.
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Als dieser mit Harz versiegelte IC dem Wärmezyklustest
unterzogen wurde, wurde nach 200 Zyklen ein Brechen der
Goldverbindungsdrähte (4) beobachtet. Während des Wärmeschocktests trat
das Brechen dieser Goldverbindungsdrähte (4) nach 20 Zyklen auf.
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Als die elektrischen Eigenschaften dieser Vorrichtung nach 100
Stunden PCT (121ºC, 2 Atmosphären Druck) gemessen wurden, wurden
Unzulänglichkeiten bei der Leitfähigkeit bemerkt. Das Versagen
wurde analysiert, indem das dichtende Epoxyharz (6) und die
Siliconschicht (5) entfernt und analysiert wurden, wobei die
Forscher eine Korrosion an Teilen der Aluminiumdrahtschaltungen
und der Aluminiumbondinseln (3) bemerkten.
Praktisches Beistiel 2
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Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Hybrid-IC's des SIP-Typs, der
mit pulverförmigen Epoxyharz abgedichtet ist. Dies ist ein
weiteres praktisches Beispiel der vorliegenden Erfindung.
Monolithische IC-Chips (1) wurden auf das keramische Substrat (8)
montiert und elektrisch verbunden mit den äußeren Zuleitungen
(7) durch Goldverbindungsdrähte (4) und der
Aluminiumschichtschaltung (nicht gezeigt), die auf die Leiterplatte aufgedruckt
war. Dieser Hybrid-IC wurde in eine durch Additionsreaktion
härtbare Siliconharzzusammensetzung eingetaucht mit einem
molaren Verhältnis von siliciumgebundenen Wasserstoffatomen zu
Vinylgruppen der Komponente (a), die unten beschrieben ist, von
5:1, wobei die Zusammensetzung bestand aus:
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(a) 100 Teilen Siliconharz aus 8,0 Molprozent
Dimethylvinylsiloxaneinheiten, 12 Molprozent Dimethylsiloxaneinheiten und 80
Molprozent SiO4/2-Einheiten
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(b) 6,0 Teilen Methylhydrogenpolysiloxan mit endständigen
Trimethylsiloxyeinheiten an beiden Enden der Molekülkette
(Viskosität 0,02 Pa s)
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(c) einer ausreichenden Menge eines Komplexes aus
Chlorplatinsäure und Divinyltetramethyldisiloxan, um eine Konzentration an
Platinatom in der Gesamtzusammensetzung von 5,0 ppm zu erzeugen,
und wurde dann herausgezogen und 5 Minuten bei 120ºC gehärtet.
Als nächstes wurde die Einheit so angeordnet, daß die gehärtete
Siliconschicht 3 cm von einer 500 Watt
Hochspannungsquecksilberlampe entfernt war und eine Ultraviolettbestrahlung wurde 120
Sekunden lang durchgeführt. Danach wurde eine Dichtung gebildet
unter Verwendung eines im Handel erhältlichen pulverförmigen
Epoxyharzes.
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Die Siliconharzschicht (15), die durch das Härten der oben
erwähnten Siliconharzzusammensetzung entstand, haftete an der
oberen und den seitlichen Oberflächen des monolithischen IC-
Chips (1) der an dem keramischen Substrat (8) befestigt war, den
Goldverbindungsdrähten (4), dem Rest des keramischen Substrats
(8) und dem inneren Teil der äußeren Zuführung (7) und bedeckte
diese. Sie haftete dicht und war mit dem dichtenden Epoxyharz
(6), das die durch Ultraviolettbestrahlung behandelte Oberfläche
(9) bedeckte, vereinigt. Nach 100 Stunden PCT (121ºC, 2
Atmosphären Druck) wurden die elektrischen Eigenschaften dieses mit
Harz versiegelten Hybrid-IC's gemessen, ohne daß eine Änderung
des anfänglichen Leckstromwertes von 1 Mikroampere beobachtet
wurde. Identische Ergebnisse wurden beobachtet nach 250 Stunden
PCT (121ºC, 2 Atmosphären Druck). Es gab weder eine Korrosion
noch ein Brechen der Aluminiumdrahtschaltungen auf der
Oberfläche des monolithischen IC-Chips (1), weder nach 100 Stunden PCT
noch nach 350 Stunden PCT.
Vergleichsbeispiel 2
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Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels eines üblichen
Hybrid-IC's des SIP-Typs, der mit pulverförmigem Epoxyharz
versiegelt ist.
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Monolithische IC-Chips (1) wurden an dem keramischen Substrat
(8) befestigt und die IC-Chips (1) wurden elektrisch mit äußeren
Zuleitungen (7) durch Goldverbindungsdrähte (4) und mit einer
Schichtschaltung (nicht gezeigt), die auf das Substrat gedruckt
war, verbunden. Der mit der äußeren Zuleitung (7) elektrisch
verbundene Hybrid-IC wurde in eine durch Additionsreaktion
härtbare Siliconharzzusammensetzung eingetaucht mit einem molaren
Verhältnis von siliciumgebundenen Wasserstoffatomen zu
Vinylgruppen der Komponente (a), die unten beschrieben ist, von 1:1,
wobei die Zusammensetzung bestand aus 100 Teilen der Komponente
(a), die in dem praktischen Beispiel 2 verwendet wurde, 1,2
Teilen der Komponente (b) und einer ausreichenden Menge der
Komponente (c) um eine Konzentration an Platinatomen in der
Gesamtzusammensetzung von 5,0 ppm zu liefern. Der entstehende
Hybrid-IC wurde dann herausgezogen und 5 Minuten bei 120ºC
gehärtet, wonach eine Dichtung aus im Handel erhältlichen
Epoxyharz gebildet wurde.
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Die durch das Härten der oben erwähnten
Siliconharzzusammensetzung entstehende Siliconharzschicht (15) bedeckte den oberen
und die seitlichen Teile des monolithischen IC-Chips (1) auf dem
keramischen Substrat (8), die Goldverbindungsdrähte (4), den
Rest des keramischen Substrats und den inneren Teil der
Zuleitung (7), wobei ein Zustand geringer Haftung gebildet wurde. Sie
schien eng an dem dichtenden Epoxyharz (6), das sie bedeckte, zu
haften, aber eine mikroskopische Untersuchung ergab die
Gegenwart von Mirkrohohlräumen zwischen diesen Oberflächen ohne
Haftung.
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Als die elektrischen Eigenschaften dieses mit Harz versiegelten
Hybrid-IC's nach 100 Stunden PCT (121ºC, 2 Atmosphären Druck)
gemessen wurden, wurde ein hoher Anstieg des Leckstroms, 100
Mikroamper und mehr, beobachtet. Korrosion und Brechen traten
auch bei Teilen der Aluminiumdrahtschaltungen auf der Oberfläche
des monolithischen IC-Chips auf.
Praktisches Beispiel 3
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Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung eines Hybrid-IC's des
DIP-Typs, die mit flüssigem Phenolharz versiegelt ist. Dies ist
ein weiteres praktisches Beispiel der vorliegenden Erfindung.
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Monolithische IC-Chips (1) wurden auf beiden Seiten eines
keramischen Substrats (8) befestigt und diese IC-Chips waren
elektrisch verbunden mit äußeren Zuleitungen durch
Aluminiumverbindungsdrähte (14) und die Aluminiumschichtschaltung (nicht
gezeigt) die auf das Substrat gedruckt war. Auf diese IC-Chips (1)
und die Aluminiumverbindungsdrähte (14) wurde eine durch
Additionsreaktion härtbare Siliconkautschukzusammensetzung
aufgetropft mit einem molaren Verhältnis von siliciumgebundenen
Wasserstoffatomen zu Vinylgruppen der Komponente (a), die unten
beschrieben ist, von 4:1, wobei die Zusammensetzung bestand aus:
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(a) 100 Teilen Polydimethylsiloxan mit endständigen
Dimethylvinylsiloxyeinheiten an beiden Enden der Molekülkette
(Viskosität 4,0 Pa s),
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(b) 0,5 Teilen Methylhydrogenpolysiloxan mit endständigen
Trimethylsiloxyeinheiten an beiden Enden der Molekülkette
(Viskosität 0,02 Pa s),
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(c) einer ausreichenden Menge eines Komplexes aus
Chlorplatinsäure und Divinyltetramethyldisiloxan, um eine Konzentration an
Platinatomen in der Gesamtzusammensetzung von 5,0 ppm zu liefern
und
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(d) 2,0 Teilen gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan. Das
beschichtete Produkt wurde dann eine Minute bei 150ºC gehärtet
und danach wurde die härtbare Siliconkautschukschicht in einem
Abstand von 10 cm von einer Quecksilberlampe mit
Ultrahochspannung mit 1500 Watt angeordnet und die Ultraviolettbestrahlung
wurde 120 Sekunden lang durchgeführt. Als nächstes wurde eine
Dichtung aus im Handel erhältlichern flüssigen Phenolharz für
Dichtungsanwendungen gebildet über den mit Siliconkautschuk
beschichteten Teilen und einem Teil der äußeren Zuleitung (7).
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Die sich durch das Härten der oben erwähnten
Siliconkautschukzusammensetzung ergebende Siliconkautschukschicht (5) haftete an
dem monolithischen IC-Chip (1) auf dem keramischen Substrat (8),
den Aluminiumverbindungsdrähten (14) und einem Teil der äußeren
Zuleitung (7) und auf beiden Oberflächen des keramischen
Substrats in der Nähe des IC-Chips (1) und bildete darauf eine
Beschichtung und haftete stark an dem dichtenden Phenolharz (16),
das die durch Ultraviolettstrahlung behandelte Oberfläche (9)
bedeckte, und wurde damit vereinigt.
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Die Messung der elektrischen Eigenschaften dieses mit Harz
versiegelten Hybrid-IC's nach 300 Stunden PCT (121ºC, 2
Atmosphären) zeigte einen Leckstrom nur im Bereich des Anfangswertes von
1 Microampere. Es wurde keine Korrosion und kein Brechen der
Aluminiumverbindungsdrähte (14) oder der
Aluiuiniumdrahtkontaktierung auf der Oberfläche der monolithischen IC-Chips
beobachtet.
Vergleichsbeispiel 3
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Fig. 6 ist eine Querschnittsdarstellung eines üblichen
Hybrid-IC's des DIP-Typs, der mit flüssigem Phenolharz versiegelt ist.
Bei diesem Hybrid-IC wurden die monolithischen IC-Chips (1) auf
beiden Oberflächen eines keramischen Substrats (8) befestigt und
die IC-Chips (1) waren elektrisch verbunden mit äußeren
Zuführungen (7) über Aluminiumverbindungsdrähte (14) und die
Aluminiumschichtschaltung (nicht gezeigt), die auf das Substrat
gedruckt war. Eine durch Additionsreaktion härtbare
Siliconkautschukzusammensetzung mit einem molaren Verhältnis von
siliciumgebundenen Wasserstoffatomen zu Vinylgruppen der Komponente (a)
die unten beschrieben ist, von 1:1, die aus 100 Teilen der
Komponente (a) des praktischen Beispiels 3, 0,125 Teilen der
Komponente (b) und einer ausreichenden Menge der Komponente (c), um
eine Konzentration an Platinatomen in der Gesamtzusammensetzung
von 5,0 ppm zu liefern, wurde auf die IC-Chips (1) und die
Aluminiumverbindungsdrähte (14) getropft und das beschichtete
Produkt wurde 1 Minute bei 150ºC gehärtet. Als nächstes wurde eine
Dichtung gebildet über diesem mit Siliconkautschuk beschichteten
Teil und einem Teil der äußeren Zuführung (7) unter Verwendung
eines im Handel erhältlichen flüssigen Phenolharzes für
Dichtungszwecke
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Die Siliconkautschukschicht (5), die durch Härten der oben
erwähnten Siliconkautschukzusammensetzung gebildet wurde, bedeckte
die Oberfläche der monolithischen IC-Chips (1) auf dem
keramischen Substrat (8), die Aluminiumverbindungsdrähte (14) und
die Bereiche in der Nähe der IC-Chips (1) auf beiden Seiten des
keramischen Substrats (8), wobei ein Zustand mit geringer
Haftung gebildet wurde. Sie schien an dem dichtenden Phenolharz
(16), das sie bedeckte, zu haften, aber eine mikroskopische
Untersuchung ergab die Anwesenheit von Mikrohohlräumen zwischen
diesen Oberflächen und keine Haftung.
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Als die elektrischen Eigenschaften dieses mit Harz versiegelten
Hybrid-IC's nach 150 Stunden PCT (121º C, 2 Atmosphären Druck)
gemessen wurden, wurde ein hoher Anstieg des Leckstroms auf 100
Mikroampere und darüber beobachtet. Korrosion und Brechen traten
auch auf bei Teilen der Aluminiumverbindungsdrähte (14) und den
Aluminiumschichtschaltungen auf der Oberfläche der
monolithischen IC-Chips (1).
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Bei den erfindungsgemäß hergestellten mit Harz versiegelten
Halbleitervorrichtungen haftet die gehärtete Siliconschicht an
der Oberfläche des Halbleiterchips und mindestens an Teilen der
elektrisch leitenden Materialien in der Nähe dieses Chips und
bedeckt diese. Gleichzeitig haftet sie an dem Dichtungsharz, das
die durch Ultraviolettstrahlung behandelte Oberfläche der
gehärteten Siliconschicht bedeckt und ist damit vereinigt. Elektrisch
leitende Materialien wie Verbindungsdrähte brechen nicht oder
werden nicht schnell geschädigt, sogar wenn sie wiederholten
Wärmezyklen und thermischer Belastung, wiederholten
Unterbrechungen
des Stromflusses oder langen Zeiträumen bei hoher
Temperatur und hohem Druck ausgesetzt sind. Das Dichtungsharz bricht
nicht leicht und das Produkt zeigt charakteristischerweise
ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf
Feuchtigkeitsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Entspannung.
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Eine Methode zur Herstellung der mit Harz versiegelten
Halbleitervorrichtungen der vorliegenden Erfindung erzeugt in
effizienter Weise mit Harz versiegelte Halbleitervorrichtungen und ist
gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Oberfläche des
Halbleiterchips und mindestens die Teile des elektrisch leitenden
Materials in der Nähe der Halbleiterchips mit. einer härtbaren
selbstbindenden Siliconzusammensetzung beschichtet sind, daß
diese Schicht gehärtet wird und dann einer Ultraviolettstrahlung
ausgesetzt wird und eine abdeckende Dichtung gebildet wird unter
Verwendung eines dichtenden Harzes. Diese gehärtete
Siliconschicht haftet an der Oberfläche des Halbleiterchips und
mindestens den Teilen des elektrisch leitenden Materials in der Nähe
des Chips und bedeckt diese, wobei es zur gleichen Zeit an dem
dichtenden Harz, mit dem es bedeckt ist, haftet und damit
vereint wird.
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Eine Methode zur Herstellung der mit Harz abgedichteten
Halbleitervorrichtungen der vorliegenden Erfindung erzeugt in
effizienter Weise mit Harz versiegelte Halbleitervorrichtungen und ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterchips
und mindestens die Teile des elektrisch leitenden Materials in
der Nähe des Halbleiterchips mit einer thermisch härtbaren
selbstbindenden Siliconzusammensetzung beschichtet werden, diese
Schicht thermisch gehärtet wird und einer Ultraviolettstrahlung
ausgesetzt wird und eine bedeckende Dichtung dann gebildet wird
unter Anwendung eines Dichtungsharzes. Diese gehärtete
Siliconschicht haftet an der Oberfläche des Halbleiterchips und
mindestens den Teilen des elektrisch leitenden Materials in der Nähe
des Chips und bedeckt diese, während sie gleichzeitig an dem
Dichtungsharz, mit dem sie bedeckt ist, haftet und damit
vereinigt wird.