DE4021871A1 - Hochintegriertes elektronisches bauteil - Google Patents

Hochintegriertes elektronisches bauteil

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Description

Die Erfindung betrifft ein hochintegriertes elektronisches Bauteil mit einem in eine Kunststoffumhüllung eingegossenen Halbleiterkörper, einer Vielzahl von metallischen Anschlüssen, die aus der Kunststoffumhüllung herausragen sowie mit einem in die Kunststoffumhüllung eingegossenen Wärmeleitblech, das im flächigen Kontakt mit einer Unterseite des Halbleiterkörpers steht.
Die Fertigung von hochintegrierten elektronischen Bauteilen führt zu einer immer höheren Integrationsdichte, also zu einer immer höheren Anzahl von auf einem Kunststoffkörper reali­ sierten elektronischen Bauelementen. Mit der Zunahme der Bauelemente nimmt die Anzahl der aus dem Halbleiterkörper herausgeführten Anschlüsse zu. Anschlußzahlen von über 200 sind gegenwärtig bereits realisierbar. Üblicherweise werden die Anschlüsse mit Lead Frames hergestellt, also mit aus einem flächigen Material herausgearbeiteten Leitern, deren Ver­ bindung mit den entsprechenden Anschlußflächen des Halb­ leiterkörpers im allgemeinen mit Hilfe von Bonddrähtchen hergestellt wird. Nach Abtrennen des die freien Enden der Anschlußleiter verbindenden Rahmens werden die Anschlüsse regelmäßig um 90o abgebogen, um dann automatisch in eine Platine o. ä. einlötbar zu sein. Die mechanische Stabi­ lität wird durch die Kunststoffumhüllung hergestellt. Mit der zunehmenden Anzahl von in dem Kunststoffkörper integrierten elektronischen Bauelementen nimmt die in dem Halbleiterkörper verbrauchte Energie zu. Es ist deshalb bekannt, das fertige hochintegrierte elektronische Bauteil mit Wärmeleitblechen in Kontakt zu bringen. Die dabei erzielte Wärmeableitung ist naturgemäß gering.
Es ist ferner bekannt, ein aus einem Halbleiterkörper und einer Kunststoffhüllung bestehendes Bauteil mit einem integrierten Wärmeleitblech zu versehen. Das Wärmeleitblech ist dabei so geformt, daß der Halbleiterkörper auf seiner Unterseite im Kontakt mit dem Wärmeleitblech steht. Die Anschlüsse erstrecken sich dabei von dem Halbleiterkörper in einem Winkel nach oben und verlaufen dann waagerecht bis zur Außenseite der Kunststoffumhüllung. Das Wärmeleitblech ist von der Unterseite des Halbleiterkörpers schräg nach unten abge­ bogen, um dann in einem gewissen Abstand parallel zu den An­ schlüssen horizontal in der Kunststoffumhüllung zu verlaufen. Durch diese Formgebung ist sichergestellt, daß kein elektri­ scher Kontakt zwischen den Anschlüssen und dem Wärmeleitblech erfolgt.
Zur Verbesserung eines derartigen hochintegrierten elektroni­ schen Bauteils der eingangs erwähnten Art sieht die vorliegen­ de Erfindung vor, daß das Wärmeleitblech im wesentlichen eben ausgebildet ist und sowohl an der Unterseite des Halbleiter­ körpers als auch an der Unterseite der Anschlüsse anliegt und daß die Oberseite des Wärmeleitbleches eine dünne, elektrisch isolierende Schicht aufweist.
Der Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, das Wärmeleitblech so auszubilden, daß insbesondere für hochinte­ grierte elektronische Bauteile mit einer hohen Anzahl von Anschlüssen das Wärmeleitblech nicht nur für eine gute Wärme­ ableitung sondern auch für eine Unterstützung der mechanischen Stabilität der Anschlüsse sorgt. Hierzu ist das Wärmeleitblech an seiner Oberseite mit einer dünnen, elektrisch isolierenden Schicht versehen, die naturgemäß die Wärmeleitfähigkeit nicht oder nicht merklich beeinträchtigen sollte.
Eine solche elektrische isolierende, die Wärmeleitfähigkeit aber nicht merklich verschlechternde Schicht kann durch Eloxieren des Wärmeleitbleches gebildet sein. Die Eloxierung sollte dabei eine Mindestdicke von 30 µ aufweisen.
Die Fertigung des hochintegrierten elektronischen Bauteils gestaltet sich einfach, wenn das Wärmeleitblech mit geprägten Füßen versehen ist, mit denen es in die Spritzform für die Kunststoffumhüllung hineinstellbar ist. Am fertigen Bauelement ragen die geprägten Füße somit auf die Unterseite der Kunst­ stoffumhüllung.
Für eine einwandfreie Herstellung der Kunststoffumhüllung hat sich bei einem rechteckigen hochintegrierten elektronischen Bauteil eine Formgebung des Wärmeleitbleches bewährt, nach der das Wärmeleitblech im wesentlichen eine mit der rechteckigen Form der Kunststoffumhüllung übereinstimmende rechteckige Au­ ßenkontur aufweist, jedoch in den Ecken mit diagonal verlau­ fenden Einschnitten versehen ist. Diese Einschnitte sollten sich bis nahe an den Halbleiterkörper heran erstrecken, wobei der verbleibende Rest noch eine ausreichende Stabilität des Wärmeleitbleches gewährleisten sollte. Die diagonalen Ein­ schnitte sorgen für einen guten und gleichmäßigen Kunststoff­ transport beim Einspritzen des Kunststoffes für die Kunst­ stoffumhüllung durch die Ebenen des Wärmeleitbleches hindurch, so daß auf beiden Seiten eine lunkerfreie, ungestörte Kunst­ stoffumhüllung entstehen kann. In einer speziellen Formgebung hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, daß an zwei dia­ gonal gegenüberliegenden Ecken das Wärmeleitblech mit zwei die Einschnitte begrenzenden Stegen bis an die Seitenkanten der Kunststoffumhüllung erstreckt ist, während es an den beiden anderen Ecken einen Abstand von den Seitenkanten der Kunst­ stoffumhüllung wahrt.
Insbesondere für größere Bauelemente, die somit auch ein größeres Wärmeleitblech benötigen, ist es für die Spritz­ barkeit der Kunststoffumhüllung vorteilhaft, wenn um den Halbleiterkörper herum Durchgangsöffnungen des Wärmeleit­ bleches angeordnet sind. Diese Durchgangsöffnungen können vorzugsweise länglich ausgebildet und radial erstreckt sein.
Mit den erfindungsgemäßen Wärmeleitblechen lassen sich bisher nicht erzielbare Integrationsgrade der hochintegrierten elek­ tronischen Bauelemente in Kunststoffgehäusen realisieren, wobei die dabei erzeugte Wärme zuverlässig abgeführt und die Stabilität der Anschlußanordnungen durch das Wärmeleitblech wesentlich erhöht wird. Darüber hinaus erlaubt die ebene Ausbildung des Wärmeleitbleches den Einsatz der verschiedenen Chipgrößen ohne eine Veränderung der Konfiguration des Wärme­ leitbleches.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines hochintegrierten elektronischen Bauelementes,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Bauteil gemäß Fig. 1 mit eingezeichnetem Wärmeleitblech und teilweise ent­ fernter Kunststoffumhüllung,
Fig. 3 eine Draufsicht gemäß Fig. 2 mit einem deutlich größeren Halbleiterkörper,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungs­ form eines hochintegrierten elektronischen Bau­ elementes,
Fig. 5 eine Draufsicht auf das bei dem Bauelement gemäß Fig. 4 verwendete Wärmeleitblech.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte hochintegrierte elektronische Bauelement hat eine etwa quadratische Grundform und besteht aus einem Halbleiterkörper 1, dessen Anschluß­ flächen mit Bonddrähtchen 2 mit Anschlüssen 3 verbunden sind, die sich in dem Bauelement zunächst mit einem horizontalen Abschnitt 4 bis zu den Seitenrändern einer Kunststoffumhüllung 5 erstrecken und außerhalb der Kunststoffumhüllung 5 abgebo­ gene Enden 6 aufweisen.
Der Halbleiterkörper 1 liegt mit seiner Unterseite flächig auf einem Wärmeleitblech 7 auf, das im wesentlichen eben ausge­ bildet ist und somit auch die horizontalen Abschnitte 4 der Anschlüsse 3 abstützt.
Das Wärmeleitblech ist mit vier eingeprägten Füßen 8 versehen, die sich bis zur Unterseite der Kunststoffumhüllung 5 erstrecken.
Fig. 2 verdeutlicht die Kontur des Wärmeleitbleches 7, die im wesentlichen der Außenkontur des Bauelementes entspricht. Im Bereich der Ecken ist das Wärmeleitblech jedoch mit diagonal verlaufenden Einschnitten 9 versehen, die seitlich von jeweils zwei Stegen 10 begrenzt sind, die sich praktisch bis zu den Seitenkanten der Kunststoffumhüllung 5 erstrecken.
Fig. 2 läßt erkennen, daß vier Füße 8 vorgesehen sind, die jeweils nahe des Randes des Wärmeleitbleches 7 mittig zwischen den diagonal verlaufenden Einschnitten 9 angeordnet sind. Die Einschnitte 9 erstrecken sich bis nahe an den Halbleiterkörper 1 heran, um einen großen Durchtrittsquerschnitt für den Kunststoff beim Spritzen der Kunststoffumhüllung 5 zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind ferner zwischen den diagonal verlaufenden Einschnitten 9 jeweils zwei Durchtritts­ öffnungen 11 vorgesehen, die länglich ausgebildet und etwa radial ausgerichtet sind. Die so bestehenden acht Durch­ gangsöffnungen 11 sind um den Halbleiterkörper 1 herum etwa gleichmäßig verteilt.
Fig. 2 läßt erkennen, daß das Wärmeleitblech 7 die Anschlüsse 3 unterstützt und mit ihnen in Kontakt steht. Da das Wärme­ leitblech regelmäßig aus elektrisch leitendem Material besteht, muß es an der Oberseite, die in Kontakt mit den Anschlüssen 3 kommt, elektrisch isoliert ausgebildet sein. Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Wärmeleitblech 7 eine dünne isolierende Schicht an der Oberseite auf, die vorzugsweise durch Eloxieren mit einer Mindestdicke von 30 µ gebildet ist.
Fig. 3 verdeutlicht, daß das Wärmeleitblech 7 unverändert auch mit einem wesentlich größeren Halbleiterkörper 1′ einsetzbar ist.
In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform darge­ stellt, bei der die der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 entsprechenden Teile mit den gleichen, jedoch mit einem ′ gekennzeichneten Bezugsziffern versehen ist.
Fig. 4 unterscheidet sich von der Darstellung der Fig. 1 nur unwesentlich. Da das Bauelement, wie insbesondere Fig. 5 ver­ deutlicht, nicht quadratisch sondern rechteckig mit zwei lan­ gen und zwei kurzen Seiten ausgebildet ist, sind die Füße 8′ jeweils nebeneinander an den langen Seiten des Wärmeleitblechs 7′ angeordnet. Die diagonalen Einschnitte 9′ sind nur an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken durch die Stege 10′ be­ grenzt, die sich bis an die Seitenkanten der Kunststoff­ umhüllung 5′ erstrecken, während an den beiden anderen Ecken diese Stege 10′ fehlen. Das Wärmeleitblech 7′ ist nicht mit weiteren Durchgangsöffnungen versehen, da seine geringere Größe einen ausreichenden Fluß des Kunststoffes von der einen Seite des Wärmeleitbleches 7′ auf die andere durch die Einschnitte 9′ sowie den Abstand zu den Seitenkanten der Kunststoffumhüllung 5′ erlaubt.
Die diagonalen Einschnitte 9, 9′, die von den Ecken des Wärme­ leitbleches 7, 7′ ausgehen, stellen die günstigste Anordnung dar, um einen hohen Materialdurchtritt bei möglichst geringer Schwächung der stützenden Unterlage für die Anschlüsse 3 gewährleistet.
Die dargestellten Wärmeleitbleche 7, 7′ erlauben daher ein problemloses Spritzen der Kunststoffumhüllung 5, 5′, eine gute Ableitung der in dem Halbleiterkörper 1 entstehenden Wärme sowie eine gute mechanische Unterstützung der dünnen Anschlüsse 3 im Bereich der horizontalen Abschnitte 4.

Claims (10)

1. Hochintegriertes elektronisches Bauteil mit einem in eine Kunststoffumhüllung (5, 5′) eingegossenen Halbleiterkör­ per (1, 1′), einer Vielzahl von metallischen Anschlüssen (3, 3′), die aus der Kunststoffumhüllung (5, 5′) heraus­ ragen sowie mit einem in die Kunststoffumhüllung (5, 5′) eingegossenen Wärmeleitblech (7, 7′), das im flächigen Kontakt mit einer Unterseite des Halbleiterkörpers (1, 1′) steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (7, 7′) im wesentlichen eben ausgebildet ist und sowohl an der Unterseite des Halbleiterkörpers (1, 1′) als auch an der Unterseite der Anschlüsse (3, 3′) anliegt und daß die Ober­ seite des Wärmeleitbleches (7, 7′) eine dünne, elektrisch isolierende Schicht aufweist.
2. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht durch Eloxie­ ren des Wärmeleitbleches (7, 7′) gebildet ist.
3. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxierung eine Mindest­ dicke von 30 µ aufweist.
4. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (7, 7′) mit geprägten Füßen (8, 8′) auf die Unterseite der Kunststoffumhüllung (5, 5′) ragt.
5. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme­ leitblech (7, 7′) eine im wesentlichen mit einer recht­ eckigen Form der Kunststoffumhüllung (5, 5′) überein­ stimmende rechteckige Außenkontur aufweist, jedoch in den Ecken mit diagonal verlaufenden Einschnitten (9, 9′) ver­ sehen ist.
6. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an diagonal gegenüberliegenden Ecken das Wärmeleitblech (7, 7′) mit zwei die Einschnit­ te (9, 9′) begrenzenden Stegen (10, 10′) bis an die Seiten­ kanten der Kunststoffumhüllung (5, 5′) erstreckt ist.
7. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10, 10′) an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken vorhanden sind, während das Wärmeleitblech (7, 7′) an den beiden anderen Ecken einen Abstand von den Seitenkanten der Kunststoffumhüllung (5, 5′) aufweist.
8. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch um den Halbleiter­ körper (1) herum angeordnete Durchgangsöffnungen (11) des Wärmeleitbleches (7).
9. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (11) länglich ausgebildet und radial erstreckt sind.
10. Hochintegriertes elektronisches Bauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (11) etwa gleichmäßig verteilt um den Halbleiterkörper (1) herum angeordnet sind.
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