DE4138665C2 - Lichtgeschütztes Halbleiterbauelement - Google Patents

Lichtgeschütztes Halbleiterbauelement

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein lichtgeschütztes Halbleiterbauelement.
In den letzten Jahren ist es üblich, Halbleiterchips im allgemei­ nen direkt mit einem Gießharzmaterial zu verkapseln, um sie in ei­ ner Halbleitereinrichtung einzusetzen. Der Halbleiterchip wird hauptsächlich mit einem Epoxidharzmaterial bedeckt, das mit einem Farbstoff wie Graphitschwarz, einem Füller und ähnlichem - je nach Notwendigkeit - gemischt ist. Bei einer herkömmlichen Halbleiter­ einrichtung schützt ein solches Harzmaterial den Halbleiterchip gegen Lichteinwirkung.
Mit Bezug auf Halbleitereinrichtungen, die Fotodetektoren aufwei­ sen, wurde über verschiedene Lichtabschirmeinrichtungen berichtet, die so ausgebildet sind, daß sie die anderen Teile als die Fotodetektoren vor Lichteinfluß schützen. Beispielsweise be­ schreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift 62-205 649 (1987) eine Halbleitereinrichtung, die einen Fotodetektor und einen damit verbundenen integrierten Schaltkreis aufweist, die mit einem lichtdurchlässigen Harzmaterial verkapselt sind. Das Harzmaterial ist mit einem lichtabschirmenden Ummantelungsmaterial unter Aus­ sparung eines Fensters zum Eintritt von Licht in den Fotodetektor bedeckt.
Mit der weiten Verbreitung tragbarer Personalcomputer und elektro­ nischer Notebooks ging eine zunehmende Verringerung der Größe und Dicke von integrierten Schaltungen einher. Auch die Gehäuse für dynamische RAMs, OTP-ROMs (One Time Programmable ROMs = einmal programmierbaren Nur-Lese-Speichern) und ähnliche werden ebenso mit zunehmend verringerter Dicke und verringertem Gewicht ausge­ führt. Infolgedessen kommen TSOP (Thin Small Outline Packages = dünne Gehäuse mit kleinem Umfang) die nur etwa 1 mm dick sind, im Gebrauch.
Jedoch ist, während ein herkömmliches Harzgehäuse für eine Halb­ leitereinrichtung eine hinreichende Dicke zum Ausschalten von Licht hat, die Dicke des ein TSOP bildenden Harzmaterials so ge­ ring, daß Licht bis zum Halbleiterchip vordringen kann. Wenn Licht durch die Harzschicht hindurchdringt und auf den Halbleiterchip fällt, können im Falle eines OTP-ROM die Speicherinhalte unbeab­ sichtigt gelöscht werden, während durch das unbeabsichtigte Ab­ fließen (Lecken) von Zelladungen oder das Auftreten eines Leck­ stroms im Schaltungsteil Fehlfunktionen im Falle eines dynamischen RAM verursacht werden können. Der Umfang solcher Fehlfunktionen kann von der Intensität des Lichts und der Dicke des Harzmaterials abhängen.
Die vorgenannten Techniken, die in bezug auf Fotodetektoren be­ kannt sind, können angewandt werden, um dieses Problem zu lösen. Keine dieser Lösungen kann jedoch eine hinreichende Lichtabschir­ mung bei gleichzeitig verringerter Dicke und verringertem Gewicht des Gehäuses garantieren.
Aus dem Abstract zu der JP 60-180150 ist ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat, das mit einem Plastikmaterial bedeckt ist, welches Epoxyharz oder ähnliches sein kann, und das zumindest teilweise mit einem Metall bedeckt ist, bekannt. Das Me­ tall weist eine Dicke von 0,5 mm auf.
Aus der DE-AS 21 00 103 ist eine abgeschirmte Halbleiteranordnung, bei der Abschirmelemente aus Metallblech angeordnet sind, bekannt. Diese Abschirmelemente sind zumindest so groß, daß sie z. B. durch Schweißen oder Stecken mechanisch verbunden werden können.
Aus der AT-PS 254949 ist ein elektrisches Bauelement mit einer isolierenden Stoffhülle bekannt. Die isolierende Stoffhülle ist aus zwei Schichten aufgebaut, wobei die äußere Schicht Metall­ partikel in einem Anteil von ca. 33% bis ca. 90% enthält. Die äußere, mit Metallpartikeln versetzte Schicht weist einen gewissen Prozentsatz an Metallpartikeln auf, die willkürlich verteilt sein können und nur stellenweise zusammenhängen müssen, um eine elek­ trostatische Abschirmwirkung zu erreichen.
Die DE-OS 16 14 587 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit Ge­ häuse, bei der das Gehäuse zum Erreichen einer guten Wärmeleitfä­ higkeit bestimmte Füllstoffe aufweist.
Aus der DE 34 33 779 A1 ist eine Schutzschicht für Halblei­ terschaltungen bekannt, bei der eine elektrostatische Abschirmung durch einen entsprechenden Zusatz zu dem Isolierstoff erreicht werden soll.
Aus M. T. Goosey, "Plastics for Electronics", Verlag Elsevier Applied Science Publishers, London sind verschiedene Füllmateria­ lien für Epoxidharz, unter anderem verschiedene metallische Füller zur Verbesserung der elektrischen Abschirmung und "carbon black" als Füllmaterial für den Schutz gegen ultraviolettes Licht und für andere Aufgaben bekannt.
Aus Hans-Jürgen Hacke, "Montage integrierter Schaltungen", Sprin­ ger-Verlag, 1987, Seiten 131 bis 135 sind Füllstoffe für Harze, die insbesondere die thermische Leitfähigkeit verbessern und die Abschirmung von α-Strahlung verbessern sollen, bekannt.
Die US 4,712,129 offenbart ein flächiges Glied, das auf seiner Oberfläche Gräben aufweist, damit zur Vermeidung von thermischen Spannungen auf einem darunterliegenden IC eine feste Verbindung zwischen diesem Glied und dem umgebenden Kunststoff hergestellt wird. Dieses Glied weist eine Dicke auf, die vor α-Strahlung schützt.
Die DE 31 20 279 A1 offenbart ein harzeingefaßtes Halbleiter­ bauelement, bei dem die Harzeinfassung eine Schicht aus Polyimid auf­ weisen kann.
Aus der US 4,674,175 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mikroschaltungskarten bekannt, bei dem in einer Karte, die 0,76 mm dick ist, ein Chip eingesetzt wird, der zum Schutz vor Licht durch ein opakes Material, das z. B. ein Silikon- oder Epoxyharz ist, umgeben wird.
Aus C. Lea: "A Scientific Guide to Surface Mount Technology", Verlag Electrochem. Publications Ltd., Ayr/Scotland (1988), S. 11-13 ist eine SOT-23-Verkapselung bekannt, deren Dicke unge­ fähr 1,0 mm beträgt.
Aus der DE 35 12 958 A1 ist ein optoelektronisches Koppelelement bekannt, bei dem ein Sender und Empfänger galvanisch voneinander getrennt und von einem klaren, lichtdurchlässigen Kunststoff, der das Gehäuse bildet, umhüllt sind. Das Bauelement ist von einer reflektierenden Kunststoffmasse überzogen, wodurch sich ein ausreichend großer Koppelfaktor ergibt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauele­ ment mit einem Harzgehäuse bereitzustellen, bei dem Störungen durch Lichteinwirkung ausgeschlossen sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Halbleiterbauelement nach dem Anspruch 1.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist in dem Unteranspruch ange­ geben.
Es folgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigt
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung, die schematisch ein Halb­ leiterbauelement zeigt und die zur Erläuterung des Gebietes der Erfindung dient,
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung, die schematisch ein Halb­ leiterbauelement nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Halbleiterbauelement 10. Ein Halbleiterchip 2, der auf einem Substrat 7 ange­ ordnet ist, ist über Drähte 4 mit Leitungsanschlüssen 3 verbunden und in einem Gießharzgehäuse 1 untergebracht. Das Harzgehäuse 1 ist aus Epoxidharz hergestellt, das mit Graphitschwarz und einem Füllstoff gemischt ist. Weiterhin ist eine Lichtabschirm-Ver­ siegelung 5 auf die obere Oberfläche des Harzgehäuses 1 aufgebracht. Bei dieser Halbleitereinrichtung 10 hat der Halbleiterchip 2 eine Dicke d₁ von etwa 450 µm, das Substrat 7 hat eine Dicke d₂ von 150 µm und der Teil des Harzgehäuses 1, der auf dem Halbleiterchip 2 aufgebracht ist, hat eine Dicke d₃ von etwa 200 µm. Das Harzgehäuse 1 hat eine Dicke D von etwa 1 mm.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sind Aufbau und Abmessungen des Halbleiterbauelementes 30 bei dieser Ausführungsform ähnlich zu denen der Halbleitereinrich­ tung 10 nach der von Fig. 1, ausgenommen die Lichtab­ schirm-Versiegelung 5. Das Harzgehäuse 10 dieses Halbleiters 30 ist aus einem ähnlichen Material wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 hergestellt. Andererseits ist die Oberfläche des Harzgehäuses 10 im wesentlichen ganzflächig mit einer Schicht 31 bedeckt, die aus dem gleichen Material wie das Harzgehäuse 1 be­ steht. Diese Schicht ist so präpariert, daß ein Gelieren minde­ stens auf ihrer Oberfläche gefördert wird. Die Schicht 31 kann al­ ternativ aus einem Material wie beispielsweise Polyesterharz her­ gestellt sein, das sich von dem des Harzgehäuses 1 unterscheidet. In diesem Falle wird das Gehäuse 1 etwa in eine Polyesterlösung getaucht, gehärtet und getrocknet, wodurch die Schicht 31 gebildet wird. Diese Schicht 31 hat einen Brechungsindex, der sich von dem des Harzgehäuses 1 unterscheidet, wodurch der Durchgang von Licht verhindert wird.
Bei der erwähnten Ausführungsform kann das Harzgehäuse un­ ter Hinzufügung von Quarzglas, das mit anorganischen oder organi­ schen Pigmenten gefärbt ist, ausgeführt sein, um das Lichtab­ schirmvermögen zu verbessern.
Es ist möglich eine hochgradig zuverlässige Halbleitereinrichtung mit ver­ besserten Lichtabschirmeigenschaften bereitzustellen, ohne daß sich das verringerte Gewicht und die verringerte Größe der Halb­ leitereinrichtung wesentlich verändert.
Damit ist es möglich, etwa Fehlfunktionen eines dynamischen RAM, die durch Licht verursacht werden, oder unbeabsichtigtes Löschen des Speicherinhalts bei einem ROM, das durch Licht verursacht sein kann, zu verhindern.

Claims (2)

1. Lichtgeschütztes Halbleiterbauelement (30)
mit einem Halbleiterchip (2) der mit einem Harzmaterial (1) mit lichtabschirmenden Eigenschaften bedeckt ist,
wobei die Dicke des Halbleiterbauelementes (30) nicht mehr als 1 mm beträgt oder die Dicke des Harzmateriales über dem Halblei­ terchip (2) nicht größer als 200 µm ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Harzmaterial (1) Teil eines Harzgehäuses ist, in dem der Halbleiterchip (2) gekapselt ist,
daß eine Schicht (31) zur Lichtabschirmung aus dem selben Mate­ rial wie das Harzgehäuse auf der Oberfläche des Harzgehäuses mit einem durch Gelieren anderen Brechungsindex als der Brechungsin­ dex des Harzgehäuses gebildet ist,
so daß einfallenden Licht zur Verhinderung des Durchganges des Lichtes gebrochen wird.
2. Lichtgeschütztes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzmaterial bzw. das Harzgehäuse im wesentlichen aus einem Epoxidharz besteht, dem Graphitschwarz und ein Füllstoff hinzugefügt sind.
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