DE4213251A1 - Semiconductor chip with insulating frame - including heat sink and conductive structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterbaustein und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere be zieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung im Wärmeab leitvermögen eines Halbleiterelements.The invention relates to a semiconductor device and a process for its manufacture. In particular be the invention relates to an improvement in heat conductivity of a semiconductor element.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Behälter, um ein Halbleiterelement zu ummanteln oder zu umhüllen.The invention also relates to a container for a To encase or encase semiconductor element.
Wie in der einschlägigen Technik allgemein bekannt ist, wird in den meisten Fällen ein Halbleiterelement an einer Leiterplatte montiert. Wenn ein Halbleiterelement extrem klein ist, so ist deshalb bei seiner Handhabung eine genaue und empfindliche Behandlung erforderlich. Darüber hinaus wird ein Halbleiterelement häufig einer enormen Spannung und/oder Beanspruchung während der Montage ausgesetzt, wo durch die Eigenschaften und Kennwerte des Halbleiterelements verschlechtert werden und im schlechtesten Fall das Halb leiterelement zerstört wird.As is well known in the art, in most cases, a semiconductor element on a PCB mounted. If a semiconductor element is extreme is small, so its handling is accurate and sensitive treatment required. Furthermore often becomes a semiconductor element of an enormous voltage and / or exposed to stress during assembly where through the properties and characteristics of the semiconductor element deteriorate and in the worst case half conductor element is destroyed.
Unter Techniken, die vorgeschlagen wurden, um diese, eine Montage betreffenden Schwierigkeiten zu bewältigen, ist eine solche, wonach ein Halbleiterelement in einem Behälter von etwa 1 : 1 cm eingekapselt und der gesamte Behälter montiert wird.Among techniques that have been proposed to do this, a To overcome assembly-related difficulties one, according to which a semiconductor element in a container of about 1: 1 cm encapsulated and the entire container is assembled.
Zum Stand der Technik zeigt die beigefügte Fig. 1 einen lotrechten Schnitt eines Halbleiterbausteins, bei dem ein Behälter verwendet wird. Ein Halbleiterelement 8 ist bei diesem Baustein SD von einem Behälter SC umhüllt, der einen Keramikrahmen 1 umfaßt, welcher in einem mittigen Teil sei ner oberen Fläche eine Abstufung oder einen Absatz 2 auf weist, um das Halbleiterelement 8 zu ummanteln. Drahtleiter 4 durchdringen den Keramikrahmen 1 auf jeder von zwei ein ander entgegengesetzten Seiten. Die beiden einander entge gengesetzten Seiten des Keramikrahmens 1 sind ferner an ihren oberen Flächen mit einer Elektrode 5 ausgestattet, welche mit dem Drahtleiter 4 verbunden ist. Darüber hinaus sind an den einander entgegengesetzten Seitenteilen des Keramikrahmens 1 jeweils an deren unteren Flächen Elektro den 6 zur Ein- und Ausgabe eines Signals vorhanden. Wie die Elektroden 5 sind auch die Elektroden 6 mit dem Draht leiter 4 verbunden.With regard to the prior art, the attached FIG. 1 shows a vertical section of a semiconductor module in which a container is used. A semiconductor element 8 is encased in this module SD by a container SC, which comprises a ceramic frame 1 , which has a step or a shoulder 2 in a central part of its upper surface in order to encase the semiconductor element 8 . Wire conductors 4 penetrate the ceramic frame 1 on each of two opposite sides. The two mutually opposite sides of the ceramic frame 1 are further equipped on their upper surfaces with an electrode 5 which is connected to the wire conductor 4 . In addition, the 6 for input and output of a signal are present on the opposite side parts of the ceramic frame 1 at their lower surfaces Elektro. Like the electrodes 5 , the electrodes 6 are connected to the wire conductor 4 .
An der Bodenfläche des Absatzes 2 ist eine Chip-Bondinsel 7 aus vernickeltem Kupfer angebracht. Das Halbleiterelement 8 wird an der Bondinsel 7 mit Hilfe eines Chip-Bindemittels 3, wie einem Lot, montiert. Am Halbleiterelement 8 werden Elektrodenbereiche ausgebildet, die jeweils mit den Elektro den 5 des Keramikrahmens 1 durch metallische Dünndrähte 9 verbunden werden.A chip bonding island 7 made of nickel-plated copper is attached to the bottom surface of paragraph 2 . The semiconductor element 8 is mounted on the bond island 7 with the aid of a chip binder 3 , such as a solder. On the semiconductor element 8 , electrode areas are formed, each of which is connected to the electrical 5 of the ceramic frame 1 by metallic thin wires 9 .
Die Elektroden 6 werden mit einem Leiterschema an einer Leiterplatte verlötet und der Halbleiterbaustein SD, der vorstehend beschrieben wurde, wird an der Leiterplatte fest angebracht. Da das Halbleiterelement 8 gänzlich von dem isolierenden Keramikrahmen 1 umschlossen ist, stellt das Halbleiterelement 8 Kurzschlüsse mit anderen, an der Leiterplatte vorhandenen Elementen lediglich durch die Elek troden 6 her.The electrodes 6 are soldered to a circuit board with a circuit diagram and the semiconductor component SD, which has been described above, is firmly attached to the circuit board. Since the semiconductor element 8 is completely enclosed by the insulating ceramic frame 1 , the semiconductor element 8 short-circuits with other elements present on the circuit board only by the electrodes 6 .
Bei dem herkömmlichen Halbleiterbaustein SD ist jedoch ein Problem vorhanden. Aufgrund der niedrigen Leitfähigkeit des Keramikrahmens 1 wird schwerlich oder kaum durch das Halbleiterelement 8, das am Keramikrahmen 1 über die Bond insel 7 montiert ist, erzeugte Wärme zum Keramikrahmen 1 abgeführt. Vielmehr wird sich die Wärme in die Luft zerstreu en oder andernfalls in den Keramikrahmen 1 sowie durch die metallischen Dünndrähte 9 in die Leiterplatte übergehen. However, there is a problem with the conventional semiconductor device SD. Due to the low conductivity of the ceramic frame 1 is difficult or hardly dissipated by the semiconductor element 8, which is mounted on the ceramic frame 1 via the bonding island 7 generated heat to the ceramic frame. 1 Rather, the heat will dissipate into the air or otherwise pass into the ceramic frame 1 and through the thin metallic wires 9 into the circuit board.
Somit wird lediglich eine begrenzte, kleine Wärmemenge vom Halbleiterelement 8 abgeführt. Demzufolge kann bei dem her kömmlichen Halbleiterbaustein SD ein Halbleiterelement mit großer elektrischer Leistung, das eine große Wärmemenge erzeugt, nicht zur Anwendung gelangen.Thus, only a limited, small amount of heat is dissipated from the semiconductor element 8 . Accordingly, in the conventional semiconductor device SD, a semiconductor element with a large electric power that generates a large amount of heat cannot be used.
Es ist demzufolge eine primäre Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiterbaustein zur Verfügung zu stellen, von welchem Wärme rasch abgeleitet werden kann und welcher folglich auch mit einem Halbleiterelement hoher Leistung ausge stattet werden kann.It is therefore a primary object of the invention to provide one To provide semiconductor device, of which Heat can be dissipated quickly and which consequently also with a high performance semiconductor element can be provided.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, einen Halbleiterbaustein mittels eines einfachen Herstellungsver fahrens fertigen zu können.Another object of the invention is to see one Semiconductor device by means of a simple manufacturing process to be able to manufacture.
Darüber hinaus zielt die Erfindung darauf ab, ein Halblei terelement sowie leitende, in den Halbleiterbaustein einbe zogene Drähte in verbesserter Weise zu schützen.In addition, the invention aims to be a semi-lead terelement and conductive, incorporate in the semiconductor device to protect drawn wires in an improved manner.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Behälter zur Ummantelung oder Umhüllung des Halbleiterelements zu schaf fen.Another object of the invention is to provide a container for Sheathing or sheathing the semiconductor element fen.
Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Herstel lungsverfahren für einen Halbleiterbaustein anzugeben.In addition, it is the object of the invention to manufacture Specification method for a semiconductor device.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Halbleiterbaustein (a) einen isolierenden Rahmen mit einer Vertiefung oder Ausnehmung an einem oberen Teil dieses Rahmens, wobei eine vertikale Fensteröffnung, die in der Vertiefung offen ist, ein un teres Teil des isolierenden Rahmens durchsetzt, (b) einen Wärmeleitblock, der in die Vertiefung eingesetzt, am isolie renden Rahmen befestigt sowie im wesentlichen aus wenig stens einem Metall oder einer Legierung gefertigt ist, (c) eine leitfähige Struktur, die sich von einem vorbestimm ten Bereich, der an entweder einer oberen Fläche des iso lierenden Rahmens oder einer Bodenfläche der Vertiefung bestimmt ist, zu einer Bodenfläche des isolierenden Rahmens erstreckt, (d) ein an einer oberen Fläche des Wärmeleit blocksbefestigtes Halbleiterelement, und (e) einen elektrisch leitfähigen Draht, der das Halbleiterelement sowie die leit fähige Struktur verbindet und ein erstes Endstück sowie ein zweites Endstück aufweist, wobei das erste Endstück mit dem Halbleiterelement und das zweite Endstück mit der leit fähigen Struktur an dem vorbestimmten Flächenbereich verbun den ist.According to the invention, a semiconductor component (a) comprises one insulating frame with a recess or recess on an upper part of this frame, with a vertical Window opening that is open in the recess, a un penetrates teres part of the insulating frame, (b) one Thermal conduction block, which is inserted into the recess, on the isolie fixed frame and essentially made of little is made of at least one metal or alloy, (c) a conductive structure that differs from a predetermined th area that is on either an upper surface of the iso lating frame or a bottom surface of the recess is intended to a bottom surface of the insulating frame extends, (d) an on an upper surface of the thermal conductor block-mounted semiconductor element, and (e) an electrical conductive wire, the semiconductor element and the conductive capable structure connects and a first tail as well as a has second end piece, the first end piece with the semiconductor element and the second end piece with the conductive capable structure at the predetermined area that is.
Erfindungsgemäß wird somit die in dem Halbleiterelement erzeugte Wärme in einer abwärtigen Richtung durch den Wärme leitblock abgeführt. Insofern kann auch ein Halbleiterele ment von hoher Leistung in dem Halbleiterbaustein zur An wendung kommen.According to the invention, it is thus in the semiconductor element generated heat in a downward direction by the heat lead block removed. In this respect, a semiconductor element high power element in the semiconductor device turn come.
Bevorzugterweise umfaßt die leitfähige Struktur ein erstes, an dem vorbestimmten Flächenbereich befestigtes leitfähi ges Element, ein zweites, an der Bodenfläche des isolieren den Rahmens befestigtes leitfähiges Element und ein drittes, mit dem vorbestimmten Flächenbereich sowie dem zweiten leitfähigen Element verbundenes leitfähiges Element. Eine Bodenfläche des Wärmeleitblocks ist hierbei im wesentlichen mit einer Bodenfläche des zweiten leitfähigen Elements bün dig.The conductive structure preferably comprises a first, conductive attached to the predetermined area ges element, a second, isolate on the bottom surface of the conductive element attached to the frame and a third with the predetermined area and the second conductive element connected conductive element. A Bottom surface of the heat-conducting block is essentially with a bottom surface of the second conductive element dig.
Wenn der Halbleiterbaustein an einer gedruckten Leiterplat te montiert ist, so wird das Wärmeableitvermögen gesteigert. Das ist ein Ergebnis der Anordnung des Wärmeleitblocks der art, daß dessen Bodenfläche bündig mit der Bodenfläche der leitfähigen Struktur ist, die an der Bodenfläche des isolie renden Rahmens anliegt. If the semiconductor device on a printed circuit board te is installed, the heat dissipation capacity is increased. This is a result of the arrangement of the thermal block art that its bottom surface is flush with the bottom surface of the is conductive structure that on the bottom surface of the isolie frame.
Der isolierende Rahmen kann durch Zusammenbau von zwei Rah menstücken gebildet werden. In diesem Fall wird mit Sicher heit ein weiter Raum zur Verbindung des Halbleiterelements und der leitfähigen Struktur mit den leitenden Drähten gebo ten, weil die Verdrahtung vor dem Zusammenbau des ersten und zweiten isolierenden Rahmens oder Rahmenstücks herge stellt wird. Auf diese Weise wird die Fertigung des Halb leiterbausteins sehr vereinfacht.The insulating frame can be made by assembling two frames pieces are formed. In this case it is safe a wide space for connecting the semiconductor element and the conductive structure with the conductive wires ten because the wiring before assembling the first and second insulating frame or frame piece is posed. In this way, the manufacture of the half ladder module very simplified.
Der Halbleiterbaustein kann ferner eine Harzschicht enthal ten, die in das treppenartig abgestufte Fenster gefüllt ist, wodurch das Halbleiterelement und die leitfähigen Dräh te in einer Packung oder Kapselung aus der Harzschicht ein geschlossen werden, um die obere Fläche des Halbleiterele ments und die leitenden Drähte zu schützen.The semiconductor device can also contain a resin layer filled in the stepped window is what the semiconductor element and the conductive wires packaged or encapsulated from the resin layer be closed to the top surface of the semiconductor element elements and to protect the conductive wires.
Gemäß der Erfindung werden auch Behälter geschaffen, die dazu dienen, Halbleiterbausteine zu erhalten, und es wer den Verfahren zur Herstellung der Bausteine angegeben.According to the invention, containers are also created which serve to get semiconductor devices, and who the process for the production of the blocks specified.
Die Aufgabe und die Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsfor men des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:The task and the goals as well as the characteristics and advantages The invention will become apparent from the following to the drawings Reference description of preferred embodiments men of the subject of the invention clearly. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt eines herkömmlichen Halbleiter bausteins; Figure 1 shows a cross section of a conventional semiconductor device.
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Halbleiter bausteins in einer ersten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform; Fig. 2 is a perspective view of a semiconductor device in a first embodiment of the invention;
Fig. 3 einen lotrechten Schnitt des Halbleiterbausteins der ersten Ausführungsform; Fig. 3 is a vertical sectional view of the semiconductor package of the first embodiment;
Fig. 4 einen lotrechten Schnitt eines bei dem Baustein der ersten Ausführungsform verwendeten Rahmens; Fig. 4 is a frame used in the device of the first embodiment is a vertical section;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines bei dem Baustein der ersten Ausführungsform verwendeten Wär meableitblocks; Fig. 5 is a perspective view of a meableitblocks Were used in the block of the first embodiment;
Fig. 6 einen lotrechten Schnitt des Halbleiterbausteins der ersten Ausführungsform, der an einer Leiter platte montiert ist; Fig. 6 is a vertical section of the semiconductor device of the first embodiment, which is mounted on a circuit board;
Fig. 7 einen lotrechten Schnitt zur Erläuterung eines Her stellungsverfahrens des Halbleiterbausteins der ersten Ausführungsform; Fig. 7 is a vertical sectional view for explaining a position Her method of the semiconductor device of the first embodiment;
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Bausteins der ersten Ausführungsform; 8 is a perspective view for explaining the manufacturing process of the device of the first embodiment.
Fig. 9 und 10 weitere lotrechte Schnitte zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Bausteins der ersten Ausführungsform; FIGS. 9 and 10 further vertical sectional views explaining the manufacturing process of the device of the first embodiment;
Fig. 11 einen lotrechten Schnitt eines Halbleiterbausteins in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform; Figure 11 is a vertical sectional view of a semiconductor device in a second embodiment of the invention.
Fig. 12 einen lotrechten Schnitt zur Erläuterung eines Her stellungsverfahrens des Bausteins der zweiten Ausführungsform; Fig. 12 is a vertical section for explaining a manufacturing process of the device of the second embodiment;
Fig. 13 einen lotrechten Schnitt eines Halbleiterbausteins in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 13 is a vertical section of a semiconductor device in a third embodiment of the invention;
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines bei dem Baustein der dritten Ausführungsform verwendeten Wärmeableitblocks; FIG. 14 is a heat extractor used in the module of the third embodiment, a perspective view;
Fig. 15 eine perspektivische Darstellung eines Halbleiter bausteins in einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung; FIG. 15 is a perspective view of a semiconductor device in a fourth embodiment according to the invention;
Fig. 16 eine im wesentlichen schematische, auseinandergezo gene Schnittdarstellung des Halbleiterbausteins der vierten Ausführungsform; FIG. 16 is an essentially schematic, auseinandergezo gene sectional view of the semiconductor package of the fourth embodiment;
Fig. 17 einen lotrechten Querschnitt eines Halbleiterbau steins in einer fünften Ausführungsform gemäß der Erfindung; Fig. 17 is a vertical cross section of a semiconductor assembly block in a fifth embodiment according to the invention;
Fig. 18 einen lotrechten Querschnitt eines bei dem Bau stein der fünften Ausführungsform verwendeten Rahmens; Fig. 18 is a vertical cross section of a frame used in the construction stone of the fifth embodiment;
Fig. 19 bis 22 lotrechte Querschnittsdarstellungen zur Er läuterung eines Herstellungsverfahrens des Halb leiterbausteins der fünften Ausführungsform; Fig. 19 to 22 are sectional views for vertical He purification of a manufacturing method of the semiconductor device of the fifth embodiment;
Fig. 23 einen lotrechten Querschnitt eines Halbleiter bausteins in einer sechsten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Fig. 23 is a vertical cross section of a semiconductor device in a sixth embodiment according to the invention.
Es wird zuerst auf die Fig. 2-5 Bezug genommen. Der in diesen dargestellte Halbleiterbaustein SD1 umfaßt einen Behälter SC1, der ein Halbleiterelement 30 umschließt und aus einem Rahmen 10 gebildet ist, welcher aus Keramikmate rial gefertigt ist sowie zugehörige Bauteile aufweist.Reference is first made to Figs. 2-5. The semiconductor device SD 1 shown in these comprises a container SC 1 which encloses a semiconductor element 30 and is formed from a frame 10 which is made of ceramic material and has associated components.
Der Rahmen 10 umfaßt in einer oberen Fläche von diesem eine Abstufung oder einen Absatz 11, in welcher (welchem) ein Halbleiterelement ummantelt aufgenommen werden soll. Der Absatz hat ein rechtwinkliges Blockfenster oder Loch 12, das im Absatz 11 öffnet und sich von dessen Bodenfläche zur unteren Fläche (Bodenfläche) des Rahmens 10 erstreckt. Ferner enthält der Rahmen 10 in jedem von zwei einander gegenüberliegenden Seitenteilen, die den Absatz 11 umgeben, Drahtleiter-Durchgänge 13a, die sich von der oberen Fläche zur unteren Fläche des Rahmens 10 erstrecken. In diese Drahtleiter-Durchgänge 13a sind Drahtleiter 13 eingesetzt, die den Rahmen 10 in vertikaler Richtung durchsetzen. Dar über hinaus ist der Rahmen 10 an den oberen Flächen der beiden einander gegenüberliegenden Seitenteile mit ersten Elektroden 14 ausgestattet, die mit den oberen Enden der Drahtleiter 13 verbunden sind. In gleichartiger Weise sind an den Bodenflächen der zwei einander gegenüberliegenden Seitenteile Ein-Ausgabe-Elektroden 15 vorhanden. Diese Ein-Ausgabe-Elektroden (zweiten Elektroden) 15 sind ebenfalls mit den Drahtleitern 13 an deren unterem Ende verbunden. Ein Signal zum oder vom Halbleiterbaustein SD1 wird an den zweiten Elektroden 15 ein- oder abgegeben.The frame 10 comprises, in an upper surface thereof, a step or a step 11 in which (in which) a semiconductor element is to be encased. The heel has a right-angled block window or hole 12 that opens in the heel 11 and extends from its bottom surface to the bottom surface (bottom surface) of the frame 10 . Furthermore, the frame 10 contains in each of two opposite side parts that surround the paragraph 11 , wire conductor passages 13 a, which extend from the upper surface to the lower surface of the frame 10 . In these wire conductor passages 13 a, wire conductors 13 are inserted which pass through the frame 10 in the vertical direction. In addition, the frame 10 is equipped on the upper surfaces of the two opposite side parts with first electrodes 14 which are connected to the upper ends of the wire conductors 13 . In a similar manner, input-output electrodes 15 are provided on the bottom surfaces of the two opposite side parts. These input-output electrodes (second electrodes) 15 are also connected to the wire conductors 13 at the lower end thereof. A signal to or from the semiconductor component SD 1 is input or output at the second electrodes 15 .
Die ersten Elektroden 14, die Ein-Ausgabe-Elektroden 15 und die Drahtleiter 13 sind erste bis dritte leitfähige Elemente, die die leitfähige Struktur bilden, welche sich von der oberen Fläche des Rahmens 10 zu dessen unterer Flä che erstreckt.The first electrodes 14 , the input-output electrodes 15, and the wire conductors 13 are first to third conductive members that form the conductive structure that extends from the upper surface of the frame 10 to the lower surface thereof.
Der in das Blockfenster 12 einzusetzende Wärmeableitblock 20 ist ein kubischer Block aus einem Metall oder einer Le gierung. Der Wärmeableitblock 20 kann ein Monoblock aus Kupfer sein. Alternativ kann dieser Block 20 ein Verbund block sein, der durch Zusammensetzen eines ersten Blockteils 21 und eines zweiten Blockteils 22, wie in Fig. 5 gezeigt ist, gebildet wird. Im Fall der Fig. 5 wird das zweite Blockteil, das aus Molybdän besteht, auf die Oberfläche des ersten Blockteils 21, das aus Kupfer ist, gelötet.The heat dissipation block 20 to be inserted into the block window 12 is a cubic block made of a metal or an alloy. The heat dissipation block 20 can be a monoblock made of copper. Alternatively, this block 20 can be a composite block, which is formed by assembling a first block part 21 and a second block part 22 , as shown in FIG. 5. In the case of FIG. 5, the second block part, which consists of molybdenum, is soldered onto the surface of the first block part 21 , which is made of copper.
Die Flächendimension des Wärmeableitblocks 20 wird so be stimmt, daß dieser Block in das Blockfenster 12 eingeführt werden kann. Der Wärmeableitblock 20 wird in dieses Fenster eingesetzt und mittels eines Haftmaterials am Rahmen 12 derart befestigt, daß die Bodenfläche (Unterfläche) 20a des Wärmeableitblocks bündig mit der jeweils zugeordneten Bodenfläche 15a der Ein-Ausgabe-Elektroden 15 ist.The area dimension of the heat dissipation block 20 is so determined that this block can be inserted into the block window 12 . The heat dissipation block 20 is inserted into this window and fastened to the frame 12 by means of an adhesive material such that the bottom surface (bottom surface) 20 a of the heat dissipation block is flush with the respectively assigned bottom surface 15 a of the input / output electrodes 15 .
Das Halbleiterelement 30 wird mit dem Wärmeableitblock 20 durch ein Chip-Bindemittel 31, z. B. ein Lot, fest verbun den. Das Halbleiterelement 30 enthält ein Schaltelement und besitzt einen (nicht dargestellten) daran ausgebildeten Elektrodenbereich. Mit den Elektrodenbereichen des Halb leiterelements 30 werden die jeweils ersten Enden von metallischen Dünndrähten 40 verbunden, deren zweite Enden an die Elektroden 14 angeschlossen werden. Auf diese Weise sind das Halbleiterelement 30 und die Elektroden 14 mit einander durch die metallischen Dünndrähte 40 elektrisch verbunden.The semiconductor element 30 is connected to the heat dissipation block 20 by a chip binder 31 , e.g. B. a solder, the verbun firmly. The semiconductor element 30 includes a switching element and has an electrode region (not shown) formed thereon. With the electrode areas of the semiconductor element 30 , the respective first ends of thin metallic wires 40 are connected, the second ends of which are connected to the electrodes 14 . In this way, the semiconductor element 30 and the electrodes 14 are electrically connected to one another by the metallic thin wires 40 .
Die Fig. 6 zeigt schematisch den an einer Leiterplatte 50 montierten Halbleiterbaustein SD1. Die Leiterplatte 50 um faßt ein isolierendes Substrat 55 und ein auf diesem ausge bildetes leitendes Schaltungsschema 51, das mit anderen (nicht dargestellten) Schaltelementen an der Leiterplatte 50 verbunden ist. Durch das Schaltungsschema 51 wird ein Signal zu dem oder vom Halbleiterbaustein SD1 eingegeben oder abgeführt. An dem isolierenden Substrat 55 ist auch eine Bondinsel 53 ausgebildet, um den Halbleiterbaustein SD1 an der Leiterplatte 50 anzubringen. Die Bondinsel 53 ist leitfähig sowie rechteckig und kann zugleich mit dem leitenden Schaltungsschema 51 ausgebildet werden. Mit Aus nahme des Halbleiterbausteins SD1 ist die Bondinsel 53 elek trisch von den anderen Schaltelementen isoliert. Fig. 6 shows schematically the assembled on a printed circuit board 50 semiconductor device SD 1. The circuit board 50 comprises an insulating substrate 55 and a conductive circuit diagram 51 formed thereon, which is connected to other (not shown) switching elements on the circuit board 50 . Through the circuit diagram 51 , a signal is input or removed to or from the semiconductor component SD 1 . A bond island 53 is also formed on the insulating substrate 55 in order to attach the semiconductor component SD 1 to the printed circuit board 50 . The bond island 53 is conductive and rectangular and can also be formed with the conductive circuit diagram 51 . With the exception of the semiconductor module SD 1 , the bond island 53 is electrically isolated from the other switching elements.
Das leitende Schaltungsschema 51 und die Ein-Ausgabe-Elektro den 15 sind durch ein Bindemittel 52 verbunden. Die Bondin sel 53 ist an der unteren Fläche des Wärmeableitblocks 20 durch ein Bindemittel 54 angebracht. Beide Bindemittel 52 und 54 sind beispielsweise ein Lotmittel.The conductive circuit diagram 51 and the input-output electrode 15 are connected by a binder 52 . The Bondin sel 53 is attached to the lower surface of the heat dissipation block 20 by a binder 54 . Both binders 52 and 54 are, for example, a solder.
Durch das Bindemittel 31, das Molybdän-Blockteil 22, den Wärmeableitblock 20 und das Bindemittel 54 wird somit für den Halbleiterbaustein SD1 ein wärmeleitfähiger Kanal gebil det, der sich von der unteren Fläche des Halbleiterelements 30 zur Leiterplatte 50 erstreckt und für Wärme hoch leit fähig ist, weil die betroffenen Bauelemente dieses Kanals alle aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sind. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit wird somit im Halbleiter element 30 erzeugte Wärme rasch über den wärmeleitfähigen Kanal abgeführt, wodurch das Wärmeableitvermögen des Halb leiterelements 30 gesteigert wird. Insofern ist auch ein Halbleiterelement von hoher Leistung, das eine große Wärme menge erzeugt, in dem Halbleiterbaustein SD1 verwendbar.Through the binder 31 , the molybdenum block part 22 , the heat dissipation block 20 and the binder 54 , a thermally conductive channel is thus formed for the semiconductor component SD 1 , which extends from the lower surface of the semiconductor element 30 to the printed circuit board 50 and is highly conductive for heat is because the affected components of this channel are all made of a metal or an alloy. Due to the high conductivity in the semiconductor element 30 thus generated heat is quickly dissipated through the heat conductive channel is increased whereby the heat dissipation of the semiconductor element 30th In this respect, a semiconductor element of high power, which generates a large amount of heat, can also be used in the semiconductor module SD 1 .
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Bodenfläche 20a des Wär meableitblocks 20 mit der Bodenfläche 15a der Ein-Ausgabe- Elektrode 15 bündig. Dadurch wird ermöglicht, daß der ge samte Flächenbereich der Bodenfläche 20a die Leiterplatte 50 berührt, wenn der Halbleiterbaustein SD1 an dieser Plat te 50 montiert wird. Somit wird vom Halbleiterelement 30 zum Wärmeleitblock 20 abgegebene Wärme leistungsfähig zur Leiterplatte 50 abgeführt. Diese vorteilhafte Konstruktion oder Bauart, wobei die Bodenflächen des Wärmeleitblocks und der Ein-Ausgabe-Elektrode im wesentlichen miteinander bündig sind, wird auch in den Bausteinen gemäß den weiteren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf die im folgenden eingegangen werden wird, angewendet.As already mentioned, the bottom surface 20 a of the heat dissipation block 20 is flush with the bottom surface 15 a of the input-output electrode 15 . This enables the entire surface area of the bottom surface 20 a to touch the circuit board 50 when the semiconductor component SD 1 is mounted on this plate 50 . Thus, heat given off from the semiconductor element 30 to the heat-conducting block 20 is efficiently dissipated to the printed circuit board 50 . This advantageous construction or construction, wherein the bottom surfaces of the heat-conducting block and the input-output electrode are essentially flush with one another, is also used in the components according to the further preferred embodiments of the present invention, which will be discussed below.
Die Bondinsel 53 ist elektrisch von dem leitenden Schaltungs schema 51 für eine Signalübertragung und den anderen Schalt elementen an der Leiterplatte 50 isoliert, weshalb das Halb leiterelement 30 weder mit dem Schaltungsschema 51 noch mit anderen Schaltelementen einen Kurzschluß herstellt.The bond island 53 is electrically isolated from the conductive circuit diagram 51 for signal transmission and the other switching elements on the circuit board 50 , which is why the semi-conductor element 30 does not short circuit either with the circuit diagram 51 or with other switching elements.
Es ist auch besonders darauf hinzuweisen, daß die elek trische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 30 und dem Wärmeableitblock 20 keine nachteilige Wirkung hervor ruft, weil die bodenseitige Fläche des Halbleiterelements 30 in den meisten Fällen geerdet wird. Umgekehrt ist die elektrische Verbindung insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bondinsel 53 geerdet wird insofern, als ein Erdungskanal durch den Wärmeableitblock 20 gewährleistet ist. It is also particularly noteworthy that the electrical connection between the semiconductor element 30 and the heat dissipation block 20 does not produce an adverse effect because the bottom surface of the semiconductor element 30 is grounded in most cases. Conversely, the electrical connection is particularly advantageous if the bond island 53 is grounded insofar as an earth channel is guaranteed by the heat dissipation block 20 .
Der Halbleiterbaustein SD1 wird in der folgenden Weise her gestellt. Zuerst wird der Rahmen 10 aus Keramikmaterial derart gebildet, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Das Material wird zu dem Rahmen 10 so geformt, daß sich der Absatz 11 von der oberen Fläche des Rahmens abwärts erstreckt und das rechtwinklige Blockfenster 12 zum Boden des Absatzes 11 offen ist. Ferner erhält der Rahmen 10 auch die Draht leiter-Durchgänge 13a.The semiconductor device SD 1 is produced in the following manner. First, the frame 10 is formed of ceramic material as shown in FIG. 7. The material is formed into the frame 10 so that the heel 11 extends downward from the top surface of the frame and the right-angled block window 12 is open to the bottom of the heel 11 . Furthermore, the frame 10 also receives the wire conductor passages 13 a.
Die in Fig. 8 gezeigten Drahtleiter 13 werden in je einen der Durchgänge 13a eingesetzt, worauf die plattenförmigen Elektroden 14 und 15, die beide aus einem Metall bestehen, am Rahmen 10 an der seitlichen oberen bzw. der seitlichen unteren Fläche angebracht und mit den Drahtleitern 13 verbun den werden. Bis zu diesem Punkt entspricht die Herstellung dem Halbleiterbaustein SD1, der in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Drahtleiter 13, die erste und zweite Elektrode 14, 15 eine leitfähige Leiterstruktur C (leitende Struktur) gemäß Fig. 8 bilden.The wire conductor 13 shown in Fig. 8 are inserted into one of the passages 13 a, whereupon the plate-shaped electrodes 14 and 15 , both of which are made of a metal, are attached to the frame 10 on the side upper and side lower surfaces and with the Wire conductors 13 are the verbun. Up to this point, the production corresponds to the semiconductor module SD 1 , which is shown in FIG. 4, the wire conductors 13 , the first and second electrodes 14 , 15 forming a conductive conductor structure C (conductive structure) according to FIG. 8.
Anschließend wird der im voraus hergestellte Wärmableit block 20 mit einem Haftmittel an den Seitenwänden verse hen und in das Blockfenster 12 eingesetzt (Fig. 9). Wenn das Haftmittel verdichtet oder verfestigt ist, wird der Wärmeableitblock 20 fest im Rahmen 10 gehalten. Bei diesem Vorgang wird der Wärmeableitblock 20 so angeordnet, daß seine Boden- oder Unterfläche 20a bündig mit der Boden fläche 15a der Plattenelektrode 15 ist. Damit besteht der Behälter SC1 von Fig. 9 aus dem Rahmen 10, der leitfähigen Struktur C und dem Wärmeableitblock 20. Subsequently, the heat dissipation block 20 prepared in advance is provided with an adhesive on the side walls and inserted into the block window 12 ( FIG. 9). When the adhesive is compacted or solidified, the heat dissipation block 20 is held firmly in the frame 10 . In this process, the heat extractor 20 is arranged so that its bottom or lower surface 20 a surface flush with the bottom 15 a of the plate electrode 15 is. The container SC 1 of FIG. 9 thus consists of the frame 10 , the conductive structure C and the heat dissipation block 20 .
In der nächsten Stufe wird das Halbleiterelement 30 mit Hilfe von dem Chip-Bindemittel 31 am Wärmeableitblock 20 fest angebracht, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Durch anschlie ßendes Verbinden der Elektrodenbereiche des Halbleiterele ments 30 und der Elektroden 14 mittels der Metall-Dünndräh te 40 wird die Herstellung des Halbleiterbausteins SD1 von Fig. 3 somit beendet.In the next stage, the semiconductor element 30 is fixedly attached to the heat dissipation block 20 with the aid of the chip binder 31 , as shown in FIG. 10. By subsequently connecting the electrode areas of the semiconductor element 30 and the electrodes 14 by means of the thin metal wires 40 , the manufacture of the semiconductor device SD 1 from FIG. 3 is thus ended.
Die Fig. 11 zeigt in einem lotrechten Querschnitt einen Halbleiterbaustein SD2 in einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform, welcher einen Behälter SC2 mit einem Kera mikrahmen 60 umfaßt. Die Gestalt des Rahmens 60 ist zu derje nigen des Rahmens 10 von Fig. 3 identisch, d. h., ein Absatz 61, um ein Halbleiterelement zu umschließen, ist im mitti gen Teil des Rahmens 60 ausgebildet und im Boden des Ab satzes 61 liegt die Öffnung eines Blockfensters 62. Fig. 11 shows a vertical cross section of a semiconductor device SD 2 in a second embodiment according to the invention, which comprises a container SC 2 with a Kera microframe 60 . The shape of the frame 60 is identical to that of the frame 10 of FIG. 3, that is, a shoulder 61 to enclose a semiconductor element is formed in the middle part of the frame 60 and in the bottom of the paragraph 61 there is an opening Block window 62 .
Die dem Rahmen 60 zugeordneten Elektroden sind die Elektro den 64 und 65. Die Elektrode 65, die an der Unterfläche des Rahmens 60 anzubringen ist, ist gleich der Elektrode 14 von Fig. 3 gestaltet. Die Elektrode 64, die an der oberen Fläche des Rahmens 60 angebracht werden soll, hat eine zwei fach geknickte oder gewinkelte Gestalt, so daß diese Elek trode 64 einer treppenartigen Ausbildung angepaßt ist, wel che durch eine obere Fläche 60a des Rahmens 60 und eine innere Stufenfläche 61a des Blockfensters 62 hervorgerufen wird.The electrodes associated with the frame 60 are the electrodes 64 and 65 . The electrode 65 to be attached to the lower surface of the frame 60 is designed like the electrode 14 of FIG. 3. The electrode 64 , which is to be attached to the upper surface of the frame 60 , has a double fold or angled shape, so that this electrode 64 is adapted to a step-like configuration, which che by an upper surface 60 a of the frame 60 and one inner step surface 61 a of the block window 62 is caused.
Innerhalb eines Teils 64a steht die Elektrode 64 mit einem Drahtleiter 63 in Verbindung, wobei dieses Teil 64a an der oberen Fläche 60a des Rahmens 60 angeordnet ist. Die Elek trode 64 ist auch an ihrem Teil 64b über einen metallischen Dünndraht 90 mit einem Elektrodenbereich eines Halbleiter elements 80 verbunden, wobei dieses Teil 64b auf der inne ren Stufenfläche 61a des Blockfensters 62 aufliegt.Within a part 64 a, the electrode 64 is connected to a wire conductor 63 , this part 64 a being arranged on the upper surface 60 a of the frame 60 . The electrode 64 is also connected at its part 64 b via a metallic thin wire 90 to an electrode area of a semiconductor element 80 , this part 64 b resting on the inner step surface 61 a of the block window 62 .
In das Blockfenster 62 wird ein Wärmeleitblock 70 einge setzt, der mit dem Rahmen 60 fest verbunden wird. Der Wär meleitblock 70 besteht aus demselben Material wie der Block 20 der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied zwischen diesen beiden Wärmeleitblöcken besteht darin, daß der Block 70 dünner ist als der Block 20. Das heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn der Wärmeleitblock 70 am Blockfenster 62 so angebracht ist, daß seine Boden- oder Unterfläche 70a mit der Boden- oder Unterfläche 65a der Elektrode 65 bündig ist, die obere Fläche 70b des Wärmeleitblocks tiefer liegt als die innere Stufenfläche 61a.In the block window 62 , a heat-conducting block 70 is inserted, which is firmly connected to the frame 60 . The heat-conducting block 70 is made of the same material as the block 20 of the first embodiment. One difference between these two heat-conducting blocks is that block 70 is thinner than block 20 . In other words, if the heat-conducting block 70 is attached to the block window 62 so that its bottom or bottom surface 70 a is flush with the bottom or bottom surface 65 a of the electrode 65 , the upper surface 70 b of the heat-conducting block is deeper lies as the inner step surface 61 a.
Der Absatz 61 wird mit einer Vergußmasse 105 gefüllt, und für diese können Silikon- oder Epoxyharze verwendet werden. Dadurch werden das Halbleiterelement 80, die metallischen Dünndrähte 90 wie auch das Teil 64b der Elektrode 64 in eine durch die Vergußmasse 105 (Harzschicht) gebildete Kap selung eingeschlossen.The shoulder 61 is filled with a potting compound 105 , and silicone or epoxy resins can be used for this. As a result, the semiconductor element 80 , the metallic thin wires 90 and the part 64 b of the electrode 64 are enclosed in a capsule formed by the sealing compound 105 (resin layer).
Mit Ausnahme der oben erläuterten baulichen Einzelheiten entspricht der Halbleiterbaustein SD2 dem Halbleiterbaustein SD1.With the exception of the structural details explained above, the semiconductor device SD 2 corresponds to the semiconductor device SD 1 .
Ein Vorteil des Bausteins SD2 ist in dem gesteigerten Wärme ableitvermögen des Halbleiterelements 80 zu sehen, was dar auf zurückzuführen ist, daß dieses Halbleiterelement 80 am Wärmeableitblock 70 befestigt ist.An advantage of the block SD 2 is in the increased heat discharge capacity of the semiconductor element 80 can be seen which is due to represent that this semiconductor element 80 is mounted on the heat extractor 70th
Ein weiterer Vorteil des Halbleiterbausteins SD2 besteht darin, daß die metallischen Dünndrähte 90 und das Halblei terelement 80 in ausreichender Weise geschützt werden. Dieser Schutz wird durch den Absatz 61 ermöglicht, in wel chem die Dünndrähte 90 in die Füllung mit Vergußmasse 105 eingeschlossen werden, so daß die metallischen Dünndrähte 90 und das Halbleiterelement 80 in einer durch die Verguß masse 105 gebildeten Packung oder Kapselung eingeschlossen sind.Another advantage of the semiconductor device SD 2 is that the metallic thin wires 90 and the semiconductor element 80 are adequately protected. This protection is made possible by paragraph 61 , in which chem the thin wires 90 are enclosed in the filling with sealing compound 105 , so that the metallic thin wires 90 and the semiconductor element 80 are enclosed in a package or encapsulation formed by the sealing compound 105 .
Der Halbleiterbaustein SD2 wird in einer ähnlichen Weise wie der Halbleiterbaustein SD1 bis zu dem Punkt, der in Fig. 12 gezeigt ist, gebildet, wobei das Anbringen des Wär meleitblocks 70 am Blockfenster 62 abgeschlossen ist. Dar auf wird das Halbleiterelement 80 auf den Wärmeableitblock 70 gekittet, und die Elektrodenbereiche des Halbleiter elements 80 sowie die Elektroden 64 werden untereinander durch die metallichen Dünndrähte 90 verbunden.The semiconductor device SD 2 is formed in a similar manner to the semiconductor device SD 1 to the point shown in FIG. 12, wherein the application of the heat-conducting block 70 to the block window 62 is completed. Dar is on the semiconductor element cemented to the heat extractor 70 80, and the electrode portions of the semiconductor elements 80 and the electrodes 64 are connected to each other by the metal thin wires union 90th
Anschließend wird der Absatz 61 mit der Vergußmasse 105 angefüllt, woran sich ein Aushärten dieser Masse 105 durch Wärme anschließt. Damit ist die Herstellung des Halbleiter bausteins SD2 abgeschlossen.Then the heel 61 is filled with the casting compound 105 , which is followed by curing of this compound 105 by heat. This completes the manufacture of the semiconductor module SD 2 .
Die Fig. 13 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterbau steins SD3 in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungs form, während die Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines bei dem Baustein SD3 verwendeten Wärmeableitblocks 120 ist. Wie den Fig. 13 und 14 zu entnehmen ist, weisen zwei einan der entgegengesetzte Seitenwände des Wärmeleitblocks 120 jeweils vorspringende Rippen 120a auf, die mit dem Block 120 monolithisch ausgebildet sind. Für einen genauen Ein griff mit den Rippen 120a sind in einer Innenwand eines Blockfensters 112 des Rahmens 110 Nuten 112a ausgearbei tet. FIG. 13 shows a cross section of a semiconductor block SD 3 in a third embodiment according to the invention, while FIG. 14 is a perspective view of a heat dissipation block 120 used in the block SD 3 . As can be seen 13 and 14 in Figs., Have two Einan the opposite side walls of the Wärmeleitblocks 120 each projecting ribs 120 a which are formed monolithically with the block 120. For a precise grip with the ribs 120 a 110 grooves 112 a are worked out in an inner wall of a block window 112 of the frame.
Ansonsten entspricht der Halbleiterbaustein SD3 dem Halb leiterbaustein SD1.Otherwise, the semiconductor device SD 3 corresponds to the semiconductor device SD 1 .
Unter den besonders hervorzuhebenden Vorteilen des Halblei terbausteins SD3 ist derjenige zu erwähnen, der auf den engen Eingriff des Wärmeleitblocks 120 mit dem Rahmen 110 zurückzuführen ist. Bei dem Baustein SD3 wird der Wärmeleit block 120 am Rahmen 110 durch einen präzisen Eingriff der Rippen 120a mit den Nuten 112a befestigt. Wegen des engen Eingriffs zwischen Rippen und Nuten wird keinerlei Spalt und kaum eine Trennung zwischen dem Wärmeleitblock 120 sowie dem Rahmen 110 hervorgerufen.Among the particularly noteworthy advantages of the semiconductor component SD 3 is the one that can be attributed to the close engagement of the heat-conducting block 120 with the frame 110 . In the SD 3 block, the heat-conducting block 120 is attached to the frame 110 by a precise engagement of the ribs 120 a with the grooves 112 a. Because of the close engagement between the ribs and grooves, no gap and hardly any separation between the heat-conducting block 120 and the frame 110 is produced.
Im folgenden wird das Herstellungsverfahren des Halbleiter bausteins SD3 erläutert.In the following the manufacturing process of the semiconductor device SD 3 is explained.
Zuerst wird Keramikmaterial um den Wärmeleitblock 120, der die vorstehenden Rippen 120a aufweist, auf den beiden ein ander entgegengesetzten Seitenwänden angebracht und erhitzt, um ein rahmenartiges Sinterteil zu erhalten. In dem auf diese Weise erlangten Monoblock-Sinterteil befindet sich der Wärmeleitblock im Bodenbereich des Absatzes 111 des Rahmens 110. Im Rahmen 110 werden Drahtleiter-Durchgänge 113a derart ausgestaltet, daß die einander entgegengesetz ten oberen und unteren Flächenbereiche des Rahmens 110 in den beiden seitlichen Teilen des Rahmens von den Durch gängen 113a durchdrungen werden.First, ceramic material around the heat-conducting block 120 , which has the protruding ribs 120 a, is attached to the two opposite side walls and heated to obtain a frame-like sintered part. In the monoblock sintered part obtained in this way, the heat-conducting block is located in the bottom area of the shoulder 111 of the frame 110 . In the frame 110 wire conductor passages 113 a are designed such that the opposite top and bottom surface areas of the frame 110 in the two side parts of the frame are penetrated by the passages 113 a.
Nach dem Einführen der Drahtleiter 113 in die jeweiligen vertikalen Durchgänge 113a werden die Elektroden 114 und 115 an der oberen bzw. unteren Fläche des Rahmens 110 so fest angebracht, daß die Drahtleiter 113 mit ihren oberen bzw. unteren Enden eine leitende Verbindung mit den Elektro den 114 bzw. 115 erhalten. Wie bereits vorher erwähnt wurde, sind die Elektroden 115 zur Ein- und Ausgabe eines Signals vorgesehen. After the insertion of the wire conductor 113 into the respective vertical passages 113 a, the electrodes 114 and 115 are so firmly attached to the upper and lower surface of the frame 110 that the wire conductor 113 with its upper and lower ends, a conductive connection with the electrical received the 114 and 115 respectively. As previously mentioned, the electrodes 115 are provided for input and output of a signal.
Im Anschluß hieran wird ein Halbleiterelement 113 mit dem Wärmeleitblock 120 innerhalb des abgesetzten Teils (Absat zes) 111 verkittet. In einem letzten Schritt werden Elektro denbereiche des Halbleiterelements 130 und die Elektroden 114 durch metallische Dünndrähte 140 verbunden.Following this, a semiconductor element 113 is cemented to the heat conducting block 120 within the stepped portion (ABSat ZES) 111th In a last step, electrode regions of the semiconductor element 130 and the electrodes 114 are connected by thin metallic wires 140 .
Ein Halbleiterbaustein SD4 in einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in Fig. 15 in einer perspektivischen und in Fig. 16 in einer im wesentlichen schematischen, aus einandergezogenen Schnittdarstellung gezeigt. Unterschiede zwischen dem Halbleiterbaustein SD4 der vierten Ausführungs form und dem Halbleiterbaustein SD3 der dritten Ausführungs form bestehen in den folgenden Punkten.A semiconductor component SD 4 in a fourth embodiment according to the invention is shown in FIG. 15 in a perspective and in FIG. 16 in an essentially schematic, exploded sectional view. Differences between the semiconductor device SD 4 of the fourth embodiment and the semiconductor device SD 3 of the third embodiment exist in the following points.
Einmal sind die Rahmen insofern verschiedenartig, als der Rahmen 110 des Bausteins SD3 aus einem Keramikmaterial be steht, während der Rahmen 160 des Bausteins SD4 aus einem Harz, wie Epoxydharzen oder Glasepoxydharzen, gefertigt ist. Zum anderen sind die konstruktiven Ausbildungen der Rahmen insofern unterschiedlich, als der Rahmen 160 aus einem Paar von Rahmenstücken 160a gebildet wird. Ansonsten sind die Halbleiterbausteine SD4 und SD3 einander identisch.On the one hand, the frames are different in that the frame 110 of the SD 3 module is made of a ceramic material, while the frame 160 of the SD 4 module is made of a resin, such as epoxy resins or glass epoxy resins. On the other hand, the structural designs of the frames are different in that the frame 160 is formed from a pair of frame pieces 160 a. Otherwise, the semiconductor modules SD 4 and SD 3 are identical to one another.
Der Rahmen 160 besteht, wie erwähnt wurde, aus Harz und kann insofern nicht durch Sintern einstückig mit einem Wär meleitblock 170 verbunden werden. Trotz allem ist ein Behäl ter SC4, der dem Behälter SC3 gleichartig ist, gemäß der vierten Ausführungsform nach der Erfindung zu erhalten, und das ist einer der Vorteile des Halbleiterbausteins SD4.As mentioned, the frame 160 is made of resin and, as such, cannot be integrally connected to a heat-conducting block 170 by sintering. Nevertheless, a container ter SC 4 , which is similar to the container SC 3 , can be obtained according to the fourth embodiment according to the invention, and this is one of the advantages of the semiconductor device SD 4 .
Bevor dieser Baustein SD4 hergestellt wird, werden im voraus die beiden Rahmenstücke 160a gefertigt. Die Ausgestaltung der Rahmenstücke 160a muß derart sein, daß der durch diese Rahmenstücke 160a erzeugte Rahmen 160 dieselbe Ausgestal tung wie der Rahmen 110 von Fig. 13 aufweist.Before this module SD 4 is manufactured, the two frame pieces 160 a are manufactured in advance. The configuration of the frame pieces 160 a must be such that the a frame 160 generated by these same frame pieces 160 Ausgestal processing as the frame 110 of Fig. 13 has.
Zuerst werden die Drahtleiter 163 in ihre Durchgänge 163a, die in jedem Rahmenstück 160a vorgesehen sind, eingesetzt und dann mit den Elektroden 164 sowie den Elektroden 165 zur Ein- und Ausgabe eines Signals verbunden.First, the wire conductors 163 are inserted into their passages 163 a, which are provided in each frame piece 160 a, and then connected to the electrodes 164 and the electrodes 165 for input and output of a signal.
Hierauf werden ein Wärmeableitblock 170 und die Rahmenstücke 160a miteinander haftend verbunden. Der Wärmeableitblock 170 ist gleichartig zum Block 120 der Fig. 14 ausgestaltet, d. h., der Ableitblock 170 besitzt ebenfalls Rippen 170a, die mit Schlitzen 166 in den Rahmenstücken 160a zum Eingriff kommen. In einem ersten Schritt des Haftverbindens wird Haftmittel auf die Rahmenstücke 160a an den einander zuge wandten Stirnwänden aufgebracht. Dann wird der Wärmeleit block 170 sandwichartig zwischen den Rahmenstücken 160a derart eingeklemmt, daß die Rippen 170a in die Nuten 166 eingreifen. Durch Verdichten oder Verfestigen des Haftmit tels werden die beiden Rahmenstücke 160a zum Rahmen 160 vereinigt. Hierbei werden der Rahmen 160 und der Wärmeleit block 170 als eine einstückige Einheit ausgebildet, so daß der Behälter SC4 erhalten wird.Then a heat dissipation block 170 and the frame pieces 160 a are bonded together. The heat dissipation block 170 is configured in the same way as the block 120 in FIG. 14, ie the dissipation block 170 also has ribs 170 a which come into engagement with slots 166 in the frame pieces 160 a. In a first step of adhesive bonding, adhesive is applied to the frame pieces 160 a on the facing end walls. Then the heat-conducting block 170 is sandwiched between the frame pieces 160 a in such a way that the ribs 170 a engage in the grooves 166 . By compressing or solidifying the adhesive, the two frame pieces 160 a are combined to form frame 160 . Here, the frame 160 and the heat conduction block 170 are formed as a one-piece unit, so that the container SC 4 is obtained.
Anschließend wird innerhalb eines Absatzes 161 ein Halblei terelement 180 mit dem Wärmeleitblock 170 verkittet. Zum Schluß werden Elektrodenbereiche des Halbleiterelements 180 und die Elektroden 164 durch metallische Dünndrähte 190 verbunden, womit die Herstellung des Halbleiterbausteins SD4 abgeschlossen ist.Subsequently, a semiconductor element 180 is cemented to the heat-conducting block 170 within a shoulder 161 . Finally, electrode regions of the semiconductor element 180 and the electrodes 164 are connected by thin metallic wires 190 , which completes the manufacture of the semiconductor module SD 4 .
Bei dem in Fig. 17 im Querschnitt gezeigten Halbleiter baustein SD5 der fünften Ausführungsform besteht der Rah men 210 aus zwei Rahmenstücken 210a und 210b. In the semiconductor device SD 5 of the fifth embodiment shown in cross section in FIG. 17, the frame 210 consists of two frame pieces 210 a and 210 b.
Wie in Fig. 17 und 18 gezeigt ist, besteht das erste Rah menstück 210a aus einem rechteckigen, ringartigen Bauteil aus einem Isoliermaterial, wie Epoxydharzen oder Glasepoxyd harzen, und es enthält ein rechtwinkliges (erstes) Blockfen ster 212, das in seinem zentralen Teil offen ist. Zwei ein ander entgegengesetzte Seitenteile des ersten Rahmenstücks 210a enthalten Drahtleiter-Durchgänge 213a, wobei in jeden von diesen Drahtleiter 213 (drittes leitfähiges Element) eingesetzt sind.As shown in Fig. 17 and 18, there is a first Rah menstück 210 a of a rectangular ring-like member of an insulating material such as epoxy or glass epoxy resins, and it includes a rectangular (first) Blockfen edge 212, the central in its part is open. Two opposite side parts of the first frame piece 210 a contain wire conductor passages 213 a, in each of which wire conductors 213 (third conductive element) are inserted.
Das erste Rahmenstück 210a ist ferner in den beiden einander entgegengesetzten Seitenteilen mit Elektroden (erstes leit fähiges Element) 214 und Elektroden (zweites leitfähiges Element) 215 zur Ein- und Ausgabe eines Signals ausgestat tet, die jeweils mit den Drahtleitern 213 verbunden sind. Die Elektroden 214 sind an der oberen Fläche der beiden einander entgegengesetzten Seitenteile des ersten Rahmen stücks 210a angebracht, während die Elektroden 215 an den unteren Flächen dieser Seitenteile gehalten sind, wobei sich die Elektroden 214 zur Kante oder zum Rand des Block fensters 212 in horizontaler Richtung erstrecken.The first frame piece 210 a is further equipped in the two opposite side parts with electrodes (first conductive element) 214 and electrodes (second conductive element) 215 for input and output of a signal, each of which is connected to the wire conductors 213 . The electrodes 214 are attached to the upper surface of the two opposite side parts of the first frame piece 210 a, while the electrodes 215 are held on the lower surfaces of these side parts, with the electrodes 214 to the edge or to the edge of the block window 212 in a horizontal manner Extend direction.
Die Elektroden 214 sowie 215 und die Drahtleiter 213 dienen als erste bis dritte leitfähige Elemente der leitfähigen Struktur, die die oberen und unteren Flächen des ersten Rahmenstücks 210a verbindet.The electrodes 214 and 215 and the wire conductor 213 serve as first to third conductive elements of the conductive structure that connects the upper and lower surfaces of the first frame piece 210 a.
Ein Wärmeleitblock 220 ist in das Blockfenster 212 des ersten Rahmenstücks 210a eingepaßt und darin durch ein Haftmittel gehalten. Der Wärmeleitblock 220 hat dieselbe Ausgestaltung und besteht aus demselben Material wie der Wärmeleitblock 70 der Ausführungsform von Fig. 11.A heat-conducting block 220 is fitted into the block window 212 of the first frame piece 210 a and held therein by an adhesive. The heat-conducting block 220 has the same configuration and is made of the same material as the heat-conducting block 70 of the embodiment from FIG. 11.
Durch ein Chip-Bindemittel 231 ist ein Halbleiterelement 230 auf dem Wärmeleitblock 220 festgehalten. Die obere Fläche des Halbleiterelements 230 (d. h. die Fläche 230a) ist im wesentlichen mit der oberen Fläche des ersten Rahmen stücks bündig.A semiconductor element 230 is held on the heat-conducting block 220 by a chip binder 231 . The upper surface of the semiconductor element 230 (ie the surface 230 a) is substantially flush with the upper surface of the first frame.
Das Halbleiterelement 230 ist mit Elektrodenbereichen ver sehen, die durch metallische Dünndrähte 240 mit der Elek trode 214 in einem der Kante des Blockfensters 212 nahe gelegenen Teil verbunden sind.The semiconductor element 230 is provided with electrode regions, which are connected by thin metallic wires 240 to the electrode 214 in a part close to the edge of the block window 212 .
Auf die obere Fläche des ersten Rahmenstücks 210a ist ein zweites Rahmenstück 210b geklebt. Dieses zweite Rahmenstück 210b besteht aus demselben Material wie das Rahmenstück 210a und hat eine rechteckige, ringartig umlaufende Gestalt. Die Flächendimension des im zweiten Rahmenstück 210b, das ein zweites Fenster 211 besitzt, öffnenden Fensters ist größer als die Fensteröffnung 212 im ersten Rahmenstück 210a. Dadurch wird die am ersten Rahmenstück 210a gehaltene Elektrode 214 teilweise zwischen den beiden Rahmenstücken 210a und 210b eingeklemmt. Durch den Zusammenbau der beiden Rahmenstücke 210a und 210b wird der Rahmen 210 gebildet, dessen innere Wände einen Absatz 210s erzeugen.A second frame piece 210 b is glued onto the upper surface of the first frame piece 210 a. This second frame piece 210 b consists of the same material as the frame piece 210 a and has a rectangular, ring-like circumferential shape. The area dimension of the window opening in the second frame piece 210 b, which has a second window 211 , is larger than the window opening 212 in the first frame piece 210 a. As a result, the electrode 214 held on the first frame piece 210 a is partially clamped between the two frame pieces 210 a and 210 b. By assembling the two frame pieces 210 a and 210 b, the frame 210 is formed, the inner walls of which produce a step 210 s.
Das Innere des Absatzes 210s wird mit einer Vergußmasse 255 angefüllt, so daß das Halbleiterelement 230 und die metallischen Dünndrähte 240 in einer durch das Vergußma terial 255 ausgebildeten Packung oder Kapselung eingeschlos sen sind. Silikon- oder Epoxydharze können als die Verguß masse 255 verwendet werden.The interior of the paragraph 210 s is filled with a sealing compound 255 , so that the semiconductor element 230 and the thin metallic wires 240 are enclosed in a material or encapsulation formed by the sealing material 255 . Silicone or epoxy resins can be used as the potting compound 255 .
Das erste Rahmenstück 210a, das zweite Rahmenstück 210b, die Drahtleiter 213, die Elektroden 214, die Elektroden 215 zur Ein- und Ausgabe eines Signals sowie der Wärmeleit block 220 bilden somit einen Behälter SC5. The first frame piece 210 a, the second frame piece 210 b, the wire conductor 213 , the electrodes 214 , the electrodes 215 for input and output of a signal and the heat-conducting block 220 thus form a container SC 5 .
Die baulichen Ausgestaltungen des Halbleiterbausteins SD5 und des Bausteins SD2 der Fig. 11 sind einander gleichartig, was folglich selbstverständlich auch für die Vorteile der beiden Halbleiterbausteine gilt. Als zusätzlicher Vorteil für den Halbleiterbaustein SD5 ist jedoch hervorzuheben, daß dessen Herstellung einfach ist, worauf noch eingegangen werden wird.The structural configurations of the semiconductor component SD 5 and the component SD 2 of FIG. 11 are identical to one another, which of course also applies to the advantages of the two semiconductor components. As an additional advantage for the semiconductor module SD 5 , however, it should be emphasized that its manufacture is simple, which will be discussed in more detail below.
Der erste Schritt in der Herstellung des Halbleiterbausteins SD5 besteht im Anbringen der Elektroden 214 sowie 215 und der Drahtleiter 213 am ersten Rahmenstück 210a (Fig. 18).The first step in the production of the semiconductor component SD 5 consists in attaching the electrodes 214 and 215 and the wire conductor 213 to the first frame piece 210 a ( FIG. 18).
Im nächsten Schritt wird der Wärmeleitblock 220 in das Blockfenster 212 des ersten Rahmenstücks 210a eingepaßt.In the next step, the heat-conducting block 220 is fitted into the block window 212 of the first frame piece 210 a.
Hierauf wird das Halbleiterelement 230 durch das Bindemittel 231 am Wärmeleitblock 220 haftend angebracht (Fig. 20), worauf die Elektrodenbereiche des Halbleiterelements 230 und die Elektroden 214 durch die metallischen Dünndrähte 240 (Fig. 21) verbunden werden.Be Then, the semiconductor element 230 is attached adhesively by the binder 231 at the heat conducting block 220 (Fig. 20), whereupon the electrode portions of the semiconductor element 230 and the electrodes 214 by the metal thin wires 240 (Fig. 21).
Dann wird das zweite Rahmenstück 210b mit dem ersten Rahmen stück 210a durch ein Haftmittel verbunden, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Als Ergebnis dessen wird der Absatz 210s ge bildet, der die Dünndrähte 240 und das Halbleiterelement 230 umschließt.Then the second frame piece 210 b is connected to the first frame piece 210 a by an adhesive, as shown in FIG. 22. As a result, the step 210 s is formed, which encloses the thin wires 240 and the semiconductor element 230 .
Durch Ausführen eines Schritt, in welchem der Absatz 210s mit der Vergußmasse 255 angefüllt und diese Masse 255 er wärmt sowie verdichtet wird, wird die Herstellung des Halb leiterbausteins SD5 beendet. S filled by executing a step in which the shoulder 210 with the sealing compound 255, and this mass 255 it warms and is compressed, the manufacture of the semiconductor device SD 5 is terminated.
Im Vergleich mit der ersten bis vierten bevorzugten Ausfüh rungsform, die alle die Herstellung eines monolithischen Rahmens mit einem Absatz in seinem zentralen Teil erfordern, was zeit- und arbeitsaufwendig ist, wenn ein Harzrahmen hergestellt werden soll, ist das Herstellungsverfahren für den fünften Halbleiterbaustein SD5 gemäß der fünften Ausfüh rungsform einfacher. Hierbei wird der Rahmen 210, der eine Abstufung oder einen Absatz umfaßt, durch Zusammenbau des ersten sowie zweiten rechteckigen Rahmenstücks 210a und 210b, die selbst keinen Absatz aufweisen, hergestellt. Die Befreiung von der Notwendigkeit für einen monolithischen Rahmen ist folglich von erheblichem Vorteil.Compared to the first to fourth preferred embodiments, all of which require the manufacture of a monolithic frame with a shoulder in its central part, which is time-consuming and laborious when a resin frame is to be manufactured, the manufacturing method for the fifth semiconductor device is SD 5 according to the fifth embodiment, simpler. Here, the frame 210 , which comprises a step or a step, is produced by assembling the first and second rectangular frame pieces 210 a and 210 b, which themselves have no step. Relieving the need for a monolithic frame is therefore of considerable advantage.
Das Herstellungsverfahren der fünften Ausführungsform ist des weiteren von Vorteil, weil nämlich die Verdrahtung der metallischen Dünndrähte 240 beendet ist, bevor das zweite Rahmenstück 210b angebracht wird und dessen Innenwände das Halbleiterelement 230 umgeben. Deshalb wird das Ver drahten in einem weiten, freien Raum vorgenommen, ohne daß eine räumliche Beschränkung durch das zweite Rahmenteil 210b besteht. Das ist ein erheblicher Vorteil gegenüber der Herstellung des Halbleiterbausteins SD2 (Fig. 11), wobei das Verdrahten der metallischen Dünndrähte 90 in einem engen, begrenzten Raum innerhalb des Absatzes 61 der das Halbleiterelement umschließt, ausgeführt wird.The manufacturing method of the fifth embodiment is further advantageous because the wiring of the thin metallic wires 240 is finished before the second frame piece 210 b is attached and the inner walls of which surround the semiconductor element 230 . Therefore, the Ver wirten in a wide, free space is made without there being a spatial limitation by the second frame part 210 b. This is a considerable advantage over the production of the semiconductor module SD 2 ( FIG. 11), the wiring of the metallic thin wires 90 being carried out in a narrow, limited space within the shoulder 61 which surrounds the semiconductor element.
Bei dem in Fig. 23 im lotrechten Querschnitt gezeigten Halb leiterbaustein SD6 in der sechsten erfindungsgemäßen Aus führungsform werden Elektroden 263 durch drei einstückige Elektrodenelemente 263a, 263b und 263c gebildet, die am ersten Rahmenstück 260a gehalten sind. Das erste Elektroden element 263a befindet sich an einer oberen Fläche, das zweite Elektrodenelement 263b befindet sich an einer äußeren Sei tenfläche 260s und das dritte Elektrodenelement 263c be findet sich an der Boden- oder Unterfläche des ersten Rah menstücks 260a.In the semiconductor cross section SD 6 shown in vertical cross section in FIG. 23 in the sixth embodiment according to the invention, electrodes 263 are formed by three one-piece electrode elements 263 a, 263 b and 263 c, which are held on the first frame piece 260 a. The first electrode element 263 a is located on an upper surface, the second electrode member 263 b is located on an outer Be tenfläche 260 s, and the third electrode member 263 c be found at the bottom or lower surface of the first Rah menstücks 260 a.
Durch das erste Rahmenstück 260a, ein zweites Rahmenstück 210b, einen Wärmeleitblock 220 und die Elektrode 263 wird ein Behälter SC6 gebildet.A container SC 6 is formed by the first frame piece 260 a, a second frame piece 210 b, a heat-conducting block 220 and the electrode 263 .
Bei dem Halbleiterbaustein SD6 werden ein Halbleiterelement 230 und eine (nicht dargestellte) Leiterplatte elektrisch durch die Elektrode 263 verbunden. Insofern braucht das erste Rahmenstück 260a keine Drahtleiter-Durchgänge für solche Drahtleiter aufzuweisen, was zusätzlich zu den Vor teilen der Halbleiterbausteine der vorhergehenden Ausfüh rungsformen einen weiteren Vorteil darstellt.In the semiconductor device SD 6 , a semiconductor element 230 and a circuit board (not shown) are electrically connected by the electrode 263 . In this respect, the first frame piece 260 a does not need to have wire conductor passages for such wire conductors, which is a further advantage in addition to the parts of the semiconductor devices of the previous embodiments.
Die konstruktiven Ausgestaltungen des Halbleiterbausteins SD6 sind mit Ausnahme des Vorstehenden gleich denjenigen des Bausteins SD5, so daß eine weitere Erläuterung, da glei che Bezugszeichen verwendet werden, unterbleiben kann. Das Herstellungsverfahren des Bausteins SD6 entspricht demje nigen des Halbleiterbausteins SD5.The structural configurations of the semiconductor module SD 6 are, with the exception of the above, the same as those of the module SD 5 , so that a further explanation, since the same reference numerals are used, can be omitted. The manufacturing process of the SD 6 chip corresponds to that of the SD 5 semiconductor chip.
Der Unterschied liegt zum Herstellungsverfahren des Bausteins SD5 (Fig. 17) lediglich darin, daß bei dem Baustein SD6 das erste Rahmenstück 210a durch das erste Rahmenstück 260a ersetzt oder abgewandelt wird und anstelle der Elektroden 214, 215 sowie der Drahtleiter 213 die Elektroden 263 treten.The difference to the manufacturing process of the module SD 5 ( Fig. 17) is only that in the module SD 6 the first frame piece 210 a is replaced or modified by the first frame piece 260 a and instead of the electrodes 214 , 215 and the wire conductor 213 the Kick electrodes 263 .
Obgleich vorstehend beschrieben wurde, daß die Rahmen aus einem Keramik- oder Harzmaterial gefertigt werden, können verschiedene andere Materialien, die elektrisch isolieren, zur Anwendung kommen. Although it was described above that the frames are made of a ceramic or resin material can be made various other materials that electrically isolate come into use.
Die Wärmeleitblöcke bei den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden üblicherweise aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt. Ein Schichtenge bilde aus Metall/Legierung ist ebenfalls für die Wärmeleit blöcke in Betracht zu ziehen.The heat-conducting blocks in the embodiments according to the present invention are usually made from one Made of metal or an alloy. A stratification form of metal / alloy is also for thermal conductivity blocks to consider.
Durch die Erfindung wird im Prinzip ein Halbleiterbaustein offenbart, bei dem ein isolierender Rahmen eine Vertiefung oder einen Absatz und eine Fensteröffnung besitzt. Ein aus einem Metall hergestellter Wärmeleitblock wird in die Fen steröffnung eingesetzt und am Rahmen befestigt. Auf dem Wärmeleitblock wird ein Halbleiterelement fest angebracht. Im Halbleiterelement erzeugte Wärme wird über den Wärme leitblock zu einer gedruckten Leiterplatte hin abgeführt. Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitblocks ist groß, so daß das Wärmeableitvermögen des Halbleiterbausteins be günstigt und gesteigert wird.In principle, the invention turns a semiconductor module in which an insulating frame has a recess or has a paragraph and a window opening. On off a metal-made thermal block is in the fen insert opening and attached to the frame. On the A semiconductor element is firmly attached to the heat-conducting block. Heat generated in the semiconductor element is above the heat lead block to a printed circuit board. The thermal conductivity of the thermal block is great, so that the heat dissipation of the semiconductor device be is favored and increased.
Wenngleich die Erfindung wörtlich und bildlich im einzelnen unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen erläutert wurde, so ist die Beschreibung in all ihren Gesichtspunkten lediglich als beispielhaft und nicht beschränkend anzusehen. Es ist selbstverständlich, daß dem Fachmann bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt sind, die jedoch den Rahmen der Erfindung nicht verlassen.Although the invention is verbatim and pictorial in detail explained with reference to some embodiments was, so is the description in all its respects to be regarded only as exemplary and not restrictive. It goes without saying that those skilled in the art will know Modifications to the teaching imparted by the invention and changes are suggested, however, the framework not leave the invention.
Claims (11)
- a) einen isolierenden Rahmen (10, 60, 110, 160, 210, 210b, 260) mit einer Vertiefung (11, 61, 111, 161, 210s) an einem oberen Teil dieses Rahmens, wobei eine vertika le Fensteröffnung (12, 62, 112, 212), die in der Vertie fung offen ist, ein unteres Teil des isolierenden Rah mens durchsetzt,
- b) einen Wärmeleitblock (20, 70, 120, 170, 220), der in die Fensteröffnung eingesetzt, am isolierenden Rahmen befestigt sowie im wesentlichen aus wenigstens einem Metall oder einer Legierung gefertigt ist,
- c) eine leitfähige Struktur (13, 14, 15, 63, 64, 65, 113, 114, 115, 163, 164, 165, 213, 214, 215, C), die sich von einem vorbestimmten Flächenbereich an entweder einer oberen Fläche des isolierenden Rahmens oder einer unteren Fläche der Vertiefung zu einer Bodenfläche des isolierenden Rahmens erstreckt,
- d) ein an einer oberen Fläche des Wärmeleitblocks befe stigtes Halbleiterelement (30, 80, 130, 180, 230) und
- e) einen elektrisch leitfähigen Draht (40, 90, 140, 190, 240), der das Halbleiterelement sowie die leit fähige Struktur verbindet und ein erstes Endstück sowie ein zweites Endstück aufweist, wobei das erste Endstück mit dem Halbleiterelement und das zweite Endstück mit der leitfähigen Struktur an dem vorbestimmten Flächenbe reich verbunden ist.
- a) an insulating frame ( 10 , 60 , 110 , 160 , 210 , 210 b, 260 ) with a recess ( 11 , 61 , 111 , 161 , 210 s) on an upper part of this frame, with a vertical window opening ( 12 , 62 , 112 , 212 ), which is open in the recess, penetrates a lower part of the insulating frame,
- b) a heat-conducting block ( 20 , 70 , 120 , 170 , 220 ) which is inserted into the window opening, fastened to the insulating frame and essentially made of at least one metal or an alloy,
- c) a conductive structure ( 13 , 14 , 15 , 63 , 64 , 65 , 113 , 114 , 115 , 163 , 164 , 165 , 213 , 214 , 215 , C) extending from a predetermined area on either an upper surface of the insulating frame or a lower surface of the recess extends to a bottom surface of the insulating frame,
- d) a semiconductor element ( 30 , 80 , 130 , 180 , 230 ) fixed to an upper surface of the heat-conducting block and
- e) an electrically conductive wire ( 40 , 90 , 140 , 190 , 240 ) that connects the semiconductor element and the conductive structure and has a first end piece and a second end piece, the first end piece with the semiconductor element and the second end piece with the conductive structure is richly connected to the predetermined area.
- d-1) ein erstes, an dem vorbestimmten Flächenbereich befestigtes leitfähiges Element (14, 64, 114, 164, 214, 263a),
- d-2) ein zweites, an der Bodenfläche des isolierenden Rahmens befestigtes leitfähiges Element (15, 65, 115, 165, 215, 263c) und
- d-3) ein drittes, mit dem vorbestimmten Flächenbereich
sowie dem zweiten leitfähigen Element verbundenes leitfä
higes Element (13, 63, 113, 163, 213, 263b),
wobei eine Bodenfläche (20a, 70a) des Wärmeleitblocks (20, 70) im wesentlichen mit einer Bodenfläche (15a, 65a) des zweiten leitfähigen Elements bündig ist.
- d-1) a first conductive element ( 14 , 64 , 114 , 164 , 214 , 263 a) attached to the predetermined surface area,
- d-2) a second conductive element ( 15 , 65 , 115 , 165 , 215 , 263 c) attached to the bottom surface of the insulating frame and
- d-3) a third conductive element ( 13 , 63 , 113 , 163 , 213 , 263 b) connected to the predetermined area and the second conductive element,
wherein a bottom surface ( 20 a, 70 a) of the heat-conducting block ( 20 , 70 ) is essentially flush with a bottom surface ( 15 a, 65 a) of the second conductive element.
- a) einen isolierenden Rahmen (210), der umfaßt:
- a-1) einen ersten isolierenden Rahmen (210a, 260a) mit einer vertikalen ersten Fensteröffnung (212) und
- a-2) einen zweiten isolierenden Rahmen (210b), der an dem ersten isolierenden Rahmen vorgesehen ist sowie eine zweite vertikale Fensteröffnung (211) besitzt, die mit der ersten vertikalen Fensteröffnung des ersten isolie renden Rahmens ausgefluchtet ist, wobei die zweite ver tikale Fensteröffnung einen Durchmesser hat, der größer als derjenige der ersten vertikalen Fensteröffnung ist, und durch eine Kombination der ersten sowie zweiten ver tikalen Fensteröffnung eine abgestufte Fensteröffnung gebildet ist,
- b) einen Wärmeleitblock (220), der aus wenigstens einem Metall und einer Legierung gebildet sowie in die erste Fensteröffnung eingesetzt und am ersten isolierenden Rahmen befestigt ist,
- c) ein an einer oberen Fläche des Wärmeleitblocks befe stigtes Halbleiterelement (230),
- d) eine leitfähige Struktur, die umfaßt:
- d-1) ein erstes leitfähiges Element (214, 263a), das an einer oberen Fläche des ersten isolierenden Rahmens befestigt ist,
- d-2) ein zweites leitfähiges Element (215, 263c), das an einer unteren Fläche des ersten isolierenden Rahmens befestigt ist, sowie
- d-3) ein drittes leitfähiges Element (213, 263b), das das erste leitfähige Element mit dem zweiten leitfähigen Element verbindet, und
- e) einen leitfähigen Draht (240), der das Halbleiter element und die leitfähige Struktur verbindet sowie ein erstes Endstück und ein zweites Endstück besitzt, wobei das erste Endstück mit dem Halbleiterelement und das zweite Endstück mit dem ersten leitfähigen Element ver bunden ist.
- a) an insulating frame ( 210 ) comprising:
- a-1) a first insulating frame ( 210 a, 260 a) with a vertical first window opening ( 212 ) and
- a-2) a second insulating frame ( 210 b) which is provided on the first insulating frame and has a second vertical window opening ( 211 ) which is aligned with the first vertical window opening of the first insulating frame, the second vertical Window opening has a diameter which is larger than that of the first vertical window opening, and a stepped window opening is formed by a combination of the first and second vertical window opening,
- b) a heat-conducting block ( 220 ) which is formed from at least one metal and an alloy and is inserted into the first window opening and fastened to the first insulating frame,
- c) a semiconductor element ( 230 ) attached to an upper surface of the heat-conducting block,
- d) a conductive structure comprising:
- d-1) a first conductive member ( 214 , 263 a) attached to an upper surface of the first insulating frame,
- d-2) a second conductive member ( 215 , 263 c) attached to a lower surface of the first insulating frame, and
- d-3) a third conductive element ( 213 , 263 b) connecting the first conductive element to the second conductive element, and
- e) a conductive wire ( 240 ) which connects the semiconductor element and the conductive structure and has a first end piece and a second end piece, the first end piece being connected to the semiconductor element and the second end piece being connected to the first conductive element.
- e) eine in die abgestufte Fensteröffnung eingefüllte Harzschicht (255), die eine das Halbleiterelement (230) und den leitfähigen Draht (240) einschließende Kapselung bildet.
- e) a resin layer ( 255 ) filled in the stepped window opening, which forms an encapsulation enclosing the semiconductor element ( 230 ) and the conductive wire ( 240 ).
- a) einen isolierenden Rahmen (10, 60, 110, 160, 210, 210b, 260) mit einer Vertiefung (11, 61, 111, 161, 210s) an einem oberen Teil dieses Rahmens, wobei eine verti kale Fensteröffnung (12, 62, 112, 212), die in der Ver tiefung offen ist, ein unteres Teil des isolierenden Rahmens durchsetzt,
- b) einen Wärmeleitblock (20, 70, 120, 170, 220), der in die Fensteröffnung eingesetzt, am isolierenden Rahmen befestigt sowie im wesentlichen aus wenigstens einem Metall und einer Legierung gefertigt ist, und
- c) eine leitfähige Struktur (13, 14, 15, 63, 64, 65, 113, 114, 115, 163, 164, 165, 213, 214, 215, C), die sich von einem vorbestimmten Flächenbereich an entweder einer oberen Fläche des isolierenden Rahmens oder einer unteren Fläche der Vertiefung zu einer Bodenfläche des isolierenden Rahmens erstreckt.
- a) an insulating frame ( 10 , 60 , 110 , 160 , 210 , 210 b, 260 ) with a recess ( 11 , 61 , 111 , 161 , 210 s) on an upper part of this frame, with a verti cal window opening ( 12 , 62 , 112 , 212 ), which is open in the recess, penetrates a lower part of the insulating frame,
- b) a heat-conducting block ( 20 , 70 , 120 , 170 , 220 ) which is inserted into the window opening, fastened to the insulating frame and essentially made of at least one metal and an alloy, and
- c) a conductive structure ( 13 , 14 , 15 , 63 , 64 , 65 , 113 , 114 , 115 , 163 , 164 , 165 , 213 , 214 , 215 , C) extending from a predetermined area on either an upper surface of the insulating frame or a lower surface of the recess extends to a bottom surface of the insulating frame.
- d-1) ein erstes, an dem vorbestimmten Flächenbereich befestigtes leitfähiges Element (14, 64, 114, 164, 214, 263a)
- d-2) ein zweites, an der Bodenfläche des isolierenden Rahmens befestigtes leitfähiges Element (15, 65, 115, 165, 215, 263c) und
- d-3) ein drittes leitfähiges Element (13, 63, 113,
163, 213, 263b), das das erste leitfähige Element mit
dem zweiten leitfähigen Element verbindet,
wobei eine Bodenfläche (20a, 70a) des Wärmeleitblocks (20, 70) im wesentlichen mit einer Bodenfläche (15a, 65a), des zweiten leitfähigen Elements bündig ist.
- d-1) a first conductive element ( 14 , 64 , 114 , 164 , 214 , 263 a) attached to the predetermined surface area
- d-2) a second conductive element ( 15 , 65 , 115 , 165 , 215 , 263 c) attached to the bottom surface of the insulating frame and
- d-3) a third conductive element ( 13 , 63 , 113 , 163 , 213 , 263 b) which connects the first conductive element to the second conductive element,
wherein a bottom surface ( 20 a, 70 a) of the heat-conducting block ( 20 , 70 ) is essentially flush with a bottom surface ( 15 a, 65 a) of the second conductive element.
- a) einen isolierenden Rahmen (210), der umfaßt:
- a-1) einen ersten isolierenden Rahmen (210a, 260a) mit einer vertikalen ersten Fensteröffnung (212) und
- a-2) einen zweiten isolierenden Rahmen (210b), der an dem ersten isolierenden Rahmen vorgesehen ist sowie eine zweite vertikale Fensteröffnung (211) besitzt, die mit der ersten vertikalen Fensteröffnung des ersten isolieren den Rahmens ausgefluchtet ist, wobei die zweite vertika le Fensteröffnung einen Durchmesser hat, der größer als derjenige der ersten vertikalen Fensteröffnung ist, und durch eine Kombination der ersten sowie zweiten vertika len Fensteröffnung eine abgestufte Fensteröffnung ge bildet ist,
- b) einen Wärmeleitblock (220), der aus wenigstens einem Metall und einer Legierung gebildet sowie in die erste Fensteröffnung eingesetzt und am ersten isolierenden Rahmen befestigt ist, und
- c) eine leitfähige Struktur, die umfaßt:
- c-1 ) ein erstes leitfähiges Element (214, 263a), das an einer oberen Fläche des ersten isolierenden Rahmens befestigt ist,
- c-2) ein zweites leitfähiges Element (215, 263c), das an einer unteren Fläche des ersten isolierenden Rahmens befestigt ist, sowie
- c-3) ein drittes leitfähiges Element (213, 263b), das das erste leitfähige Element mit dem zweiten leitfähigen Element verbindet.
- a) an insulating frame ( 210 ) comprising:
- a-1) a first insulating frame ( 210 a, 260 a) with a vertical first window opening ( 212 ) and
- a-2) a second insulating frame ( 210 b) which is provided on the first insulating frame and has a second vertical window opening ( 211 ) which is aligned with the first vertical window opening of the first insulating frame, the second vertical Window opening has a diameter which is larger than that of the first vertical window opening, and a stepped window opening is formed by a combination of the first and second vertical window opening,
- b) a heat-conducting block ( 220 ) which is formed from at least one metal and an alloy and is inserted into the first window opening and fastened to the first insulating frame, and
- c) a conductive structure comprising:
- c-1) a first conductive element ( 214 , 263 a) attached to an upper surface of the first insulating frame,
- c-2) a second conductive member ( 215 , 263 c) attached to a lower surface of the first insulating frame, and
- c-3) a third conductive element ( 213 , 263 b) which connects the first conductive element to the second conductive element.
- a) Anfertigen eines isolierenden Rahmens mit einer Ver tiefung an einem oberen Teil dieses Rahmens, wobei eine vertikale Fensteröffnung, die in der Vertiefung offen ist, ein unteres Teil des isolierenden Rahmens durchsetzt,
- b) Anbringen einer leitfähigen Struktur an dem isolie renden Rahmen, wobei diese leitfähige Struktur sich von einem vorbestimmten, an entweder einer oberen Fläche des isolierenden Rahmens oder einer Bodenfläche der Vertiefung festgelegten Bereich zu einer Bodenfläche des isolierenden Rahmens erstreckt
- c) Einsetzen eines Wärmeleitblocks in die Fensteröff nung und Befestigen dieses Wärmeleitblocks an der Fen steröffnung, wobei der Wärmeleitblock aus wenigstens einem Metall oder einer Legierung gefertigt ist,
- d) Befestigen eines Halbleiterelements an einer oberen Fläche des Wärmeleitblocks und
- e) Verbinden des Halbleiterelements sowie des vorbe stimmten Bereichs durch einen leitfähigen Draht, um das Halbleiterelement und die leitfähige Struktur elektrisch zu verbinden.
- a) making an insulating frame with a recess on an upper part of this frame, a vertical window opening, which is open in the recess, passing through a lower part of the insulating frame,
- b) attaching a conductive structure to the insulating frame, said conductive structure extending from a predetermined area defined on either an upper surface of the insulating frame or a bottom surface of the recess to a bottom surface of the insulating frame
- c) inserting a heat-conducting block into the window opening and attaching this heat-conducting block to the window opening, the heat-conducting block being made of at least one metal or an alloy,
- d) attaching a semiconductor element to an upper surface of the heat-conducting block and
- e) connecting the semiconductor element and the predetermined area by a conductive wire to electrically connect the semiconductor element and the conductive structure.
- a) Anfertigen einer Struktur mit einem isolierenden Rahmen sowie einem Wärmeleitblock, wobei der isolierende Rahmen eine Vertiefung an einem oberen Teil dieses Rah mens besitzt, durch ein unteres Teil des isolierenden Rahmens hindurch eine in der Vertiefung offene vertikale Fensteröffnung ausgebildet ist und der aus wenigstens einem Metall und einer Legierung gefertigte Wärmeleit block in die Fensteröffnung eingesetzt sowie an dieser befestigt ist,
- b) Anbringen einer leitfähigen Struktur an dem isolie renden Rahmen, wobei diese leitfähige Struktur sich von einem vorbestimmten, an entweder einer oberen Fläche des isolierenden Rahmens oder einer Bodenfläche der Ver tiefung festgelegten Bereich zu einer Bodenfläche des isolierenden Rahmens erstreckt,
- c) Einsetzen eines Wärmeleitblocks, der aus wenigstens einem Metall oder einer Legierung gefertigt ist, in die Fensteröffnung und Befestigen des Wärmeleitblocks in dieser,
- d) Befestigen eines Halbleiterelements auf einer oberen Fläche des Wärmeleitblocks und
- e) Verbinden des Halbleiterelements mit dem vorbestimm ten Bereich durch einen leitfähigen Draht, um das Halb leiterelement und die leitfähige Struktur elektrisch zu verbinden.
- a) Manufacture of a structure with an insulating frame and a heat-conducting block, the insulating frame having a recess in an upper part of this frame, a vertical window opening which is open in the recess and which is formed from at least one through a lower part of the insulating frame Metal and an alloy-made thermal conduction block inserted into the window opening and attached to it,
- b) attaching a conductive structure to the insulating frame, said conductive structure extending from a predetermined area defined on either an upper surface of the insulating frame or a bottom surface of the depression to a bottom surface of the insulating frame,
- c) inserting a heat-conducting block, which is made of at least one metal or an alloy, into the window opening and fastening the heat-conducting block in the latter,
- d) mounting a semiconductor element on an upper surface of the heat-conducting block and
- e) connecting the semiconductor element to the predetermined area by a conductive wire to electrically connect the semiconductor element and the conductive structure.
- a) Herstellen eines isolierenden Rahmens mit einer ver tikalen ersten Fensteröffnung und eines zweiten isolie renden Rahmens mit einer zweiten vertikalen Fensteröff nung, wobei die Fensteröffnung des zweiten vertikalen Rahmens einen Durchmesser hat, der größer als derjenige der ersten vertikalen Fensteröffnung ist,
- b) Befestigen einer leitfähigen Struktur an dem ersten isolierenden Rahmen, wobei diese leitfähige Struktur ein erstes leitfähiges Element, das an einer oberen Flä che des ersten isolierenden Rahmens befestigt ist, ein zweites leitfähiges Element, das an einer Bodenfläche des ersten isolierenden Rahmens befestigt ist, und ein drittes leitfähiges Element, das das erste leitfähige Element mit dem zweiten leitfähigen Element verbindet, umfaßt,
- c) Einsetzen eines wärmeleitfähigen Blocks, der wenig stens aus entweder einem Metall oder einer Legierung gebildet ist, in die erste Fensteröffnung und Befestigen dieses Wärmeleitblocks am ersten isolierenden Rahmen,
- d) Befestigen eines Halbleiterelements an einer oberen Fläche des Wärmeleitblocks,
- e) elektrisches Verbinden des Halbleiterelements sowie der leitfähigen Struktur mittels eines leitfähigen Drah tes, der zwischen dem Halbleiterelement und dem ersten leitfähigen Element angeordnet ist, und
- f) Befestigen des zweiten isolierenden Rahmens an einer oberen Fläche des ersten isolierenden Rahmens zur Aus bildung eines zusammengesetzten Rahmens derart, daß die erste und die zweite Fensteröffnung eine abgestufte Fen steröffnung bilden.
- a) producing an insulating frame with a vertical first window opening and a second insulating frame with a second vertical window opening, the window opening of the second vertical frame having a diameter which is larger than that of the first vertical window opening,
- b) attaching a conductive structure to the first insulating frame, said conductive structure comprising a first conductive element which is fixed to an upper surface of the first insulating frame, a second conductive element which is fixed to a bottom surface of the first insulating frame, and a third conductive element that connects the first conductive element to the second conductive element,
- c) inserting a heat-conducting block, which is formed at least from either a metal or an alloy, into the first window opening and fastening this heat-conducting block to the first insulating frame,
- d) attaching a semiconductor element to an upper surface of the heat-conducting block,
- e) electrically connecting the semiconductor element and the conductive structure by means of a conductive wire which is arranged between the semiconductor element and the first conductive element, and
- f) attaching the second insulating frame to an upper surface of the first insulating frame to form a composite frame such that the first and second window openings form a stepped window opening.
- g) Ausfüllen des Inneren des zusammengesetzten Rahmens mit einem Harz und Aushärten dieses Harzes.
- g) filling the interior of the assembled frame with a resin and curing this resin.
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