WO2011009658A1 - Vorrichtung mit einem halbleiterbauelement und einem gehäuse und verfahren zur herstellung der vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung mit einem halbleiterbauelement und einem gehäuse und verfahren zur herstellung der vorrichtung Download PDF

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WO2011009658A1
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semiconductor device
thermoplastic
producing
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Peter Kunert
Gustav Klett
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a device with a semiconductor device and a housing, wherein the housing has at least one electrical connection and at least one attachment point.
  • the invention also relates to a method for
  • peripheral sensors for automobiles such as
  • Airbag sensors use the technology of 2-component direct injection molding.
  • the electronics are enclosed in a first step with a first envelope in the form of a protective cover made of elastomer.
  • a second step the complete assembly of electronics and first cladding is encapsulated with thermoplastic.
  • the thermoplastic forms a second enclosure and replaces conventional enclosures in its functions. At the second enclosure are electrical contacts with mechanical
  • Plug-in devices and arranged one or more mounting points. Due to the elastic properties of the protective cover, deformations may occur during thermoplastic injection molding, on the one hand defects in the thermoplastic, on the other hand
  • the object of the invention is the protection of semiconductor components, in particular of electronic and / or micromechanical components from mechanical
  • the invention is based on a device having a semiconductor component and a housing, wherein the housing has at least one electrical connection and at least one attachment point.
  • the essence of the invention is that the
  • Housing has a first envelope made of thermoset, which encloses the semiconductor device substantially.
  • the protective cover made of elastomer is replaced by a protective cover made of duroplastic.
  • the hard first thermoset cladding forms a protective wrap around the semiconductor device. It is not deformable and thus allows a low-voltage state of the semiconductor device regardless of external mechanical influences.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the housing has a second enclosure, which encloses the first enclosure.
  • the semiconductor device is protected by the first enclosure from mechanical influences by the second enclosure.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the second enclosure consists of thermoplastic. Thermoplastic and thermoset have almost the same
  • the second envelope consists of thermosetting plastic.
  • the electrical connection and the attachment point are arranged on the second enclosure, so that the second enclosure performs a comprehensive housing function.
  • the device according to the invention is particularly advantageous a control device or sensor for a motor vehicle, in particular a peripheral inertial sensor, such as an airbag sensor or other acceleration sensor.
  • the invention also relates to a method for producing a device with a semiconductor component and a housing.
  • the method steps (A) are to provide a semiconductor component; (B) encasing the semiconductor device by injection molding with a first cladding of thermosetting plastic; (C) Enveloping the first envelope of thermoset by injection molding with a second enclosure
  • the step (B) is advantageous for carrying out the subsequent step (C).
  • the semiconductor component is advantageously protected by the first enclosure from mechanical stresses during injection molding of the second enclosure.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the second envelope is made of a thermoplastic. Thermoplastics and thermosets have almost identical coefficients of thermal expansion, as a result of which hardly any coupling of mechanical stresses from the second enclosure to the first enclosure occurs.
  • Another advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the second envelope is made of a thermosetting plastic. As a result, the couplings of mechanical stresses are even lower.
  • the second enclosure is formed as a housing with at least one electrical connection and at least one attachment point.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention with a semiconductor component and a housing
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for producing a device with a semiconductor component and a housing
  • FIG. 1 shows a device according to the invention with a semiconductor component and a housing.
  • the device has at least one semiconductor component 10, which may be an electronic or micromechanical component.
  • the semiconductor component 10 is surrounded directly by a first enclosure 100, which according to the invention consists of duroplastic.
  • the first enclosure 100 surrounds the first enclosure 100.
  • the first enclosure 100 is surrounded by a second enclosure 200 made of thermoplastic.
  • a second envelope 200 consisting of thermoset is possible.
  • the second enclosure 200 fulfills the housing function and has for this purpose an electrical connection 250 with an integrally molded plug 257 and one or more electrical contacts 255 embedded in the enclosure 200.
  • the plug 257 may also be provided a socket or a flat pad.
  • one or more electrical lines are provided, which connect the semiconductor component 10 to the electrical connection 250 in an electrically conductive manner (not illustrated).
  • the second enclosure 200 also includes one or more attachment points 280.
  • the attachment point 280 is a bushing in this example.
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for producing a device with a semiconductor component and a housing. The method comprises the steps:
  • thermoset encapsulation wrapping the first thermoset encapsulation by injection molding with a second cladding; on.
  • thermoset is coated in step (B). Injection-moldable thermoset is ideal for low-stress
  • thermoset injection molding the injection pressures are only about 1/10 of the injection pressures that occur in thermoplastic injection molding. Therefore, the cladding with thermoset exerts less mechanical stress on the semiconductor device, as the cladding with thermoplastic.
  • the pressure conditions in the conventional elastomer injection process are also lower than in thermoplastic injection molding, but it comes through the cross-linking process to an increase in volume, which in turn can also lead to undefined pressure ratios.
  • thermoplastic injection process creates a second enclosure in step (C).
  • This process step can for the further design of the functional elements of
  • the second enclosure is molded as a housing having at least one electrical connection and at least one attachment point. In the example described in FIG. 1, these are the electrical connection 250 with plug 257, the attachment point 280 in the form of a screw-on tab, etc.
  • the step (C) is not critical for the function of the device to be produced, since the electronics or micromechanics of the semiconductor device already is well protected accordingly by the first enclosure created in step (B).
  • the second enclosure is made of a thermoplastic.
  • the second enclosure is made of a thermosetting plastic.
  • a further option is the complete encasing of the electronics with injection-moldable duroplastic material (eg pourable phenolic resins). The previous 2-component process can then be reduced to a 1-component process.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse, wobei das Gehäuse wenigstens einen elektrischen Anschluß und wenigstens einen Befestigungspunkt aufweist. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse eine erste Umhüllung aus Duroplast aufweist, welche das Halbleiterbauelement im Wesentlichen umschließt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse und Verfahren zur
Herstellung der Vorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse, wobei das Gehäuse wenigstens einen elektrischen Anschluß und wenigstens einen Befestigungspunkt aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur
Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse.
Bei der Herstellung von peripheren Sensoren für Automobile, wie beispielsweise
Airbagsensoren kommt die Technik des 2 Komponenten- Direktumspritzens zum Einsatz. Hierbei wird die Elektronik in einem ersten Schritt mit einer ersten Umhüllung in Form einer Schutzhülle aus Elastomer umschlossen. In einem zweiten Schritt wird der komplette Verbund von Elektronik und erster Umhüllung mit Thermoplast umspritzt. Der Thermoplast bildet eine zweite Umhüllung und ersetzt in seinen Funktionen herkömmliche Gehäuse. An der zweiten Umhüllung sind elektrische Kontakte mit mechanischen
Steckeinrichtungen, sowie ein oder mehrere Anschraubpunkte angeordnet. Aufgrund der elastischen Eigenschaften der Schutzhülle kann es beim Thermoplast-Spritzgießen zu Verformungen kommen, die einerseits Fehlstellen im Thermoplast, andererseits
Undefinierte Druckverhältnisse und in der Folge mechanische Spannungen im Bereich der Elektronik hervorrufen können.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist der Schutz von Halbleiterbauelementen, insbesondere von elektronischen und/oder mikromechanischen Bauelementen vor mechanischen
Belastungen während des Thermoplast-Spritzvorgangs. Vorteile der Erfindung Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse, wobei das Gehäuse wenigstens einen elektrischen Anschluß und wenigstens einen Befestigungspunkt aufweist. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß das
Gehäuse eine erste Umhüllung aus Duroplast aufweist, welche das Halbleiterbauelement im Wesentlichen umschließt. Erfindungsgemäß wird die Schutzhülle aus Elastomer durch eine Schutzhülle aus Duroplast ersetzt. Die harte erste Umhüllung aus Duroplast bildet eine Schutzhülle um das Halbleiterbauelement. Sie ist nicht verformbar und ermöglicht so einen spannungsarmen Zustand des Halbleiterbauelements unabhängig von äußeren mechanischen Einflüssen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß das Gehäuse eine zweite Umhüllung aufweist, welche die erste Umhüllung umschließt.
Vorteilhaft ist das Halbleiterbauelement mittels der ersten Umhüllung vor mechanischen Einflüssen durch die zweite Umhüllung geschützt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die zweite Umhüllung aus Thermoplast besteht. Thermoplast und Duroplast weisen nahezu gleiche
Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Hierdurch treten nur geringe mechanische
Spannungen zwischen der zweiten Umhüllung und der ersten Umhüllung auf. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die zweite Umhüllung aus Duroplast besteht. Vorteilhaft treten hierdurch im Wesentlichen keine mechanische Spannungen zwischen der zweiten Umhüllung und der ersten Umhüllung auf. Vorteilhaft sind der elektrischen Anschluß und der Befestigungspunkt an der zweiten Umhüllung angeordnet, sodaß die zweite Umhüllung eine umfassende Gehäusefunktion wahrnimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft ein Steuergerät oder Sensor für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein peripherer Inertialsensor, wie beispielsweise ein Airbagsensor oder sonstiger Beschleunigungssensor.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse. Erfindungsgemäß sind die Verfahrensschritte (A) Bereitstellen eines Halbleiterbauelements; (B) Umhüllen des Halbleiterbauelements im Spritzgießverfahren mit einer ersten Umhüllung aus Duroplast; (C) Umhüllen der ersten Umhüllung aus Duroplast im Spritzgießverfahren mit einer zweiten Umhüllung
vorgesehen. Vorteilhaft ist der Schritt (B), für die Durchführung des nachfolgenden Schritts (C). Vorteilhaft ist hierbei das Halbleiterbauelement durch die erste Umhüllung vor mechanischen Belastungen beim Spritzgießen der zweiten Umhüllung geschützt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die zweite Umhüllung aus einem Thermoplast hergestellt wird. Thermoplast und Duroplast weisen nahezu gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wodurch es kaum zu Einkopplungen mechanischer Spannungen von der zweiten Umhüllung auf die erste Umhüllung kommt. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die zweite Umhüllung aus einem Duroplast hergestellt wird. Hierdurch sind die Einkopplungen mechanischer Spannungen noch geringer. Besonders vorteilhaft ist, daß die zweite Umhüllung als Gehäuse mit wenigstens einem elektrischen Anschluß und wenigstens einem Befestigungspunkt geformt wird.
Zeichnung
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse. Die Vorrichtung weist wenigstens ein Halbleiterbauelement 10 auf, welches ein elektronisches oder auch mikromechanisches Bauelement sein kann. Das Halbleiterbauelement 10 ist unmittelbar von einer ersten Umhüllung 100 umgeben, welche erfindungsgemäß aus Duroplast besteht. Die erste Umhüllung 100 umgibt das
Halbleiterbauelement 10 im Wesentlichen vollständig. Die erste Umhüllung 100 ist von einer zweiten Umhüllung 200 umgeben, welche aus Thermoplast besteht. Alternativ ist auch eine zweite Umhüllung 200 bestehend aus Duroplast möglich. Die zweite Umhüllung 200 erfüllt die Gehäusefunktion und weist dazu einen elektrischen Anschluß 250 mit einem angeformten Stecker 257 und einem oder mehreren in der Umhüllung 200 eingebetteten elektrischen Kontakten 255 auf. Anstelle des Steckers 257 kann auch eine Buchse oder eine ebene Anschlußfläche vorgesehen sein. Es sind außerdem eine oder mehrere elektrische Leitungen vorgesehen, welche das Halbleiterbauelement 10 mit dem elektrischen Anschluß 250 elektrisch leitend verbinden (nicht dargestellt). Die zweite Umhüllung 200 weist außerdem einen oder mehrere Befestigungspunkte 280 auf. Der Befestigungspunkt 280 ist in diesem Beispiel eine Buchse. Laschen oder Gabeln oder andere denkbare Anschraubpunkte, sowie rastende mechanische Stecker sind jedoch - A - ebenfalls mögliche Ausführungsformen eines oder mehrerer Befestigungspunkte 280. Die beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise ein peripherer Beschleunigungssensor für ein Fahrzeug sein. Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse. Das Verfahren weist die Schritte:
(A) Bereitstellen eines Halbleiterbauelements;
(B) Umhüllen des Halbleiterbauelements im Spritzgießverfahren mit einer ersten
Umhüllung aus Duroplast;
(C) Umhüllen der ersten Umhüllung aus Duroplast im Spritzgießverfahren mit einer zweiten Umhüllung; auf.
Im Stand der Technik erfolgt das Umhüllen des Halbleiterbauelements mit einem
Elastomer oder einem Thermoplast. Erfindungsgemäß wird im Schritt (B) jedoch mit Duroplast umhüllt. Spritzgießfähiger Duroplast eignet sich ideal zur spannungsarmen
Umhüllung der Elektronik und Mikromechanik. Beim Duroplast-Spritzgießen betragen die Einspritzdrücke nur etwa 1/10 der Einspritzdrücke die beim Thermoplast-Spritzgießen auftreten. Daher übt das Umhüllen mit Duroplast geringere mechanische Belastungen auf das Halbleiterbauelement aus, als das Umhüllen mit Thermoplast. Die Druckverhältnisse im herkömmlichen Elastomer-Spritzprozeß sind ebenfalls geringer als beim Thermoplast- Spritzguß, jedoch kommt es durch den Vernetzungsvorgang zu einer Volumenzunahme, die wiederum ebenfalls zu Undefinierten Druckverhältnissen führen kann.
Der folgende Thermoplast-Spritzprozeß schafft im Schritt (C) eine zweite Umhüllung. Dieser Prozeßschritt kann für die weitere Gestaltung der Funktionselemente der
Vorrichtung genutzt werden. Die zweite Umhüllung wird als Gehäuse mit wenigstens einem elektrischen Anschluß und wenigstens einem Befestigungspunkt geformt. In dem in Fig. 1 beschriebenen Bespiel sind dies der elektrische Anschluß 250 mit Stecker 257, der Befestigungspunkt 280 in Form einer Anschraublasche, etc. Der Schritt (C) ist unkritisch für die Funktion der herzustellenden Vorrichtung, da die Elektronik oder Mikromechanik des Halbleiterbauelements bereits durch die im Schritt (B) geschaffene erste Umhüllung entsprechend gut geschützt ist.
In dem hier gezeigten Bespiel wird die zweite Umhüllung aus einem Thermoplast hergestellt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß die zweite Umhüllung aus einem Duroplast hergestellt wird. Eine weiterte Möglichkeit ist die vollständige Ummantelung der Elektronik mit spritzgießfähiger Duroplastmasse (z.B. rieselfähige Phenolharze). Der bisherige 2 Komponenten- Prozeß kann dann auf einen 1 Komponenten-Prozeß reduziert werden.

Claims

Ansprüche 1. Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse, wobei das
Gehäuse wenigstens einen elektrischen Anschluß und wenigstens einen
Befestigungspunkt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse eine erste Umhüllung aus Duroplast aufweist, welche das
Halbleiterbauelement im Wesentlichen umschließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine zweite Umhüllung aufweist, welche die erste Umhüllung umschließt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zweite Umhüllung aus Thermoplast besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zweite Umhüllung aus Duroplast besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der elektrischen Anschluß und der Befestigungspunkt an der zweiten Umhüllung angeordnet sind.
6. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse mit den Schritten:
(A) Bereitstellen eines Halbleiterbauelements;
(B) Umhüllen des Halbleiterbauelements im Spritzgießverfahren mit einer ersten
Umhüllung aus Duroplast;
(C) Umhüllen der ersten Umhüllung aus Duroplast im Spritzgießverfahren mit einer zweiten Umhüllung;
7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umhüllung aus einem Thermoplast hergestellt wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umhüllung aus einem Duroplast hergestellt wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umhüllung als Gehäuse mit wenigstens einem elektrischen Anschluß und wenigstens einem
Befestigungspunkt geformt wird.
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