DE10307800A1

DE10307800A1 - Semiconductor device

Info

Publication number: DE10307800A1
Application number: DE10307800A
Authority: DE
Inventors: Peter MÜHLECK; Jürgen Riedel; Bernd Gebhard; Heinz Dr. Nather
Original assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Current assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-02
Also published as: AU2003292093A1; WO2004075305A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiter-Chip und einer Verkapselung zum Schutz des Chips vor Beschädigungen. Die Verkapselung ist aus einem elastischen Material, beispielsweise Silikon, gefertigt.The invention relates to a semiconductor component with a semiconductor chip and an encapsulation to protect the chip from damage. The encapsulation is made of an elastic material, for example silicone.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiter-Chip und einer Verkapselung zum Schutz des Chips vor Beschädigungen. Bei diskreten Halbleiterbauteilen, wie Dioden oder Transistoren, und bei integrierten Schaltkreisen soll eine Verkapselung den Halbleiter-Chip zum Einen vor mechanischer Beschädigung schützen. Zum Anderen soll die Verkapselung den Chip vor Feuchtigkeit und schädlichen Substanzen aus der Umgebung, insbesondere aus der umgebenden Luft schützen, so dass diese Substanzen nicht unerwünscht in die Halbleiterschichten des Chips eindiffundieren. Zu diesem Zweck werden bekannte Chips beispielsweise mit Epoxidharzen gehäust.The invention relates to a semiconductor component with a semiconductor chip and an encapsulation to protect the Chips from damage. In the case of discrete semiconductor components, such as diodes or transistors, and in the case of integrated circuits, the semiconductor chip is to be encapsulated on the one hand against mechanical damage protect. On the other hand, the encapsulation should protect the chip from moisture and harmful Substances from the environment, especially from the surrounding air protect, so these substances are not undesirable in the semiconductor layers diffuse in the chip. Known chips are used for this purpose for example housed with epoxy resins.

Bei extremen Temperaturen oder bei extremen Temperaturschwankungen können derartige Verkapselungen jedoch auch nachteilige Auswirkungen zeigen. Beispielsweise können derartige Verkapselungen in bestimmten Temperaturbereichen einen unerwünscht starken mechanischen Druck auf den Halbleiter-Chip ausüben, oder die Verkapselungen selbst neigen bei extremen Temperaturen zu Rissbildung, so dass die erläuterte Schutzfunktion nicht mehr vollständig ausgeübt werden kann. Dies kann zu einer Degradation oder zu einem vollständigen Ausfall des Bauteils führen.At extreme temperatures or at Such encapsulations can cause extreme temperature fluctuations but also show adverse effects. For example, such Encapsulations in certain temperature ranges an undesirably strong exert mechanical pressure on the semiconductor chip, or the encapsulation itself tend to crack at extreme temperatures, so the explained protective function not complete anymore exercised can be. This can result in degradation or complete failure of the component.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauteil mit einer Verkapselung zu schaffen, die auch bei extremen Temperaturen oder extremen Temperaturschwankungen einen hinreichenden Schutz des Chips gewährleistet.It is therefore an object of the invention to create a semiconductor device with an encapsulation that also at extreme temperatures or extreme temperature fluctuations ensures adequate protection of the chip.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Verkapselung aus einem elastischen Material gefertigt ist.This task is accomplished through a semiconductor device with the features according to claim 1 solved, and in particular in that the encapsulation consists of an elastic Material is made.

Bei einem derartigen Halbleiterbauteil bestehen also sämtliche oder zumindest einige äußerste Gehäusewandungen aus einem weichen, formstabilen Material. Die Innenseite dieser Verkapselung kann direkt an dem Chip oder an einer hieran ausgebildeten Oxidschicht anliegen.With such a semiconductor device so all exist or at least some outermost housing walls made of a soft, dimensionally stable material. The inside of this Encapsulation can be carried out directly on the chip or on a chip formed thereon Apply oxide layer.

Durch den Einsatz eines elastischen Materials ist zum Einen gewährleistet, dass die Verkapslung möglichen Änderungen der Chipgeometrie bei extremen Temperaturen oder extremen Temperaturänderungen folgen kann, ohne dabei mechanischen Stress auf den Chip auszuüben oder aufgrund der Verformung selbst beschädigt zu werden. Auch starke plötzliche Temperaturänderungen (Temperaturschocks) erweisen sich dabei als unschädlich. Zum Anderen bleibt selbst in extremen Temperaturbereichen eine gewisse Elastizität der Verkapselung gewährleistet, so dass die Verkapselung auch bei diesen extremen Temperaturen den Chip weiterhin wirksam vor mechanischer Beschädigung zu schützen vermag.By using an elastic Material is guaranteed on the one hand that encapsulation possible changes the chip geometry at extreme temperatures or extreme temperature changes can follow without exerting mechanical stress on the chip or to be damaged due to the deformation itself. Also strong sudden temperature changes (Temperature shocks) prove to be harmless. To the Others remain certain even in extreme temperature ranges elasticity the encapsulation ensures so that the encapsulation even at these extreme temperatures Chip can continue to effectively protect against mechanical damage.

Als extreme Temperaturen sind im Zusammenhang mit der Erfindung Temperaturen bis zu –40°C und sogar –65°C einerseits und bis zu +140°C und sogar +150°C andererseits zu verstehen.When extreme temperatures are in Connection with the invention temperatures down to -40 ° C and even -65 ° C on the one hand and up to + 140 ° C and even + 150 ° C to understand on the other hand.

Somit ist ein Einsatz des Halbleiterbauteils innerhalb eines weiteren Temperaturbereichs möglich als bei einem Halbleiterbauteil mit einem herkömmlichen Gehäuse aus Epoxidharz oder Moldmasse, bei dem es leichter zu mechanischem Stress oder zu einer Rissbildung kommt. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil zeichnet sich außerdem durch eine bessere Zykelfestigkeit aus, also durch eine bessere Stabilität gegenüber regelmäßigen Temperaturschwankungen. Der mechanische Stress auf den Chip ist gegenüber herkömmlichen Gehäusen deutlich verringert, so dass es insbesondere nicht zu einem unerwünschten Abscheren von Bonddrähten kommt. Ferner wird auch eine unerwünschte Ablösung der Verkapselung von dem Chip (Delamination) vermieden.The use of the semiconductor component is thus within a wider temperature range than possible with a semiconductor device with a conventional one casing Made of epoxy resin or molding compound, which is easier to mechanical Stress or cracks. The semiconductor device according to the invention also stands out better cycle stability, i.e. better stability against regular temperature fluctuations. The mechanical stress on the chip is clear compared to conventional packages reduced, so that it is not particularly undesirable Shear off bond wires comes. Furthermore, an undesirable detachment of the encapsulation from the Chip (delamination) avoided.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Verkapselung weiterhin im Rahmen eines herkömmlichen Herstellungsprozesses gefertigt werden kann, so dass eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Insbesondere können Standardprozesse wie Gießen, Spritzgießen (Molden) oder Eintauchprozesse verwendet werden, wie beispielsweise für einen Leuchtdiodenstreifen in der DE 43 40 864 A 1 beschrieben.A particular advantage is that the encapsulation can continue to be manufactured in the context of a conventional manufacturing process, so that it can be manufactured economically. In particular, standard processes such as casting, injection molding (molding) or immersion processes can be used, such as for a light-emitting diode strip in the DE 43 40 864 A 1 described.

Ein besonderer Vorteil für optoelektronische Halbleiterbauteile ist darin zu sehen, dass die Verkapselung aufgrund der elastischen Ausbildung auch bei extremen Temperaturen oder extremen Temperaturschwankungen ihre optischen Parameter beibehält. Insbesondere kommt es zu keiner Änderung der Wellenlängenabhängigkeit des Transmissionsverhaltens aufgrund eines mechanischen Drucks bei einer Temperaturänderung.A particular advantage for optoelectronic semiconductor components can be seen in the fact that the encapsulation is due to the elastic Training even at extreme temperatures or extreme temperature fluctuations maintains their optical parameters. In particular, there is no change the wavelength dependency the transmission behavior due to a mechanical pressure a change in temperature.

Es ist bevorzugt, wenn die Verkapselung aus festem Silikon, insbesondere aus einem Silikongummi gefertigt ist. Durch Einsatz von Silikon kann nämlich die Verkapselung derartig elastisch ausgebildet sein, dass es auch bei extremen Temperaturen zu keiner mechanischen Stresseinwirkung auf den gehäusten Chip kommt und der Chip vor Beschädigungen von außen geschützt bleibt. Silikon neigt selbst bei extremen Temperaturen nicht leicht zu Rissbildung. Außerdem bietet Silikon einen hinreichenden Schutz gegenüber Feuchtigkeit oder dem Eindiffundieren unerwünschter Substanzen und kann ohne weiteres in direkten Kontakt mit einem Halbleiterchip gebracht werden, da es bei üblicher Reinheit selbst keine schädlichen Substanzen enthält. Gleichzeitig ist Silikon einfach zu verarbeiten und kann deshalb in herkömmliche Herstellungsprozesse leicht integriert werden.It is preferred if the encapsulation made of solid silicone, in particular a silicone rubber is. By using silicone, the encapsulation can be done in this way be designed to be elastic, even at extreme temperatures no mechanical stress on the packaged chip comes and the chip from damage from the outside protected remains. Silicone does not tend easily, even at extreme temperatures to cracking. Moreover silicone offers sufficient protection against moisture or diffusion undesirable Substances and can easily be in direct contact with one Semiconductor chip are brought, since there is none at normal purity harmful Contains substances. At the same time, silicone is easy to process and therefore can in conventional Manufacturing processes can be easily integrated.

Im Übrigen sind grundsätzlich alle Elastomere für den Einsatz als elastische Verkapselungsmaterialien geeignet, insbesondere Gummi, synthetischer Kautschuk, Silikonkautschuk oder thermoplastisch verarbeitbare Elastomere.Incidentally, all elastomers are basically suitable for use as elastic encapsulation materials, especially rubber, synthetic Rubber, silicone rubber or thermoplastic elastomers.

Falls es sich bei dem Halbleiterbauteil um ein optoelektronisches Halbleiterbauteil handelt, kann die elastische Verkapselung gleichzeitig als Lichtleiter oder sogar als strahlformender Lichtleiter dienen. Beispielsweise kann die Verkapselung gleichzeitig die Sendeoptik einer lichtemittierenden Diode oder die Empfangsoptik einer Fotodiode bilden.If it is the semiconductor device is an optoelectronic semiconductor component, the elastic Encapsulation at the same time as a light guide or even as a beam shaping Serve light guides. For example, the encapsulation can simultaneously Transmission optics of a light-emitting diode or the reception optics form a photodiode.

Insbesondere bei derartigen optoelektronischen Halbleiterbauteilen ist es von Vorteil, wenn das Verkapselungsmaterial für den betreffenden Wellenlängenbereich transparent ist. Dies ist insbesondere bei Silikon leicht zu bewerkstelligen.Especially with such optoelectronic Semiconductor components, it is advantageous if the encapsulation material for the relevant wavelength range is transparent. This is particularly easy to do with silicone.

Alternativ zu der erläuterten Ausbildung als Optobauteil kann das Halbleiterbauteil auch einen IC-Chip (Integrated Circuit) mit mehreren integrierten Schaltkreisen aufweisen.Alternatively to that explained Training as an opto component, the semiconductor component can also be an IC chip (Integrated Circuit) with several integrated circuits.

Es ist bevorzugt, wenn eine Frontseite und die hieran angrenzenden Seitenwände des Halbleiterbauteils mit der elastischen Verkapselung versehen sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich auch eine Rückseite des Halbleiterbauteils mit der Verkapselung versehen ist, so dass diese den Chip im Wesentlichen vollständig umschließt, abgesehen von den erforderlichen elektrischen Kontaktierungen.It is preferred if a front and the adjoining side walls of the semiconductor component are provided with the elastic encapsulation. Particularly advantageous it is if additional also a back of the semiconductor component is provided with the encapsulation, so that this essentially completely encloses the chip, apart from of the required electrical contacts.

Schließlich ist es auch bevorzugt, wenn der Elastizitätsmodul des Verkapselungsmaterials zwischen 1 und 500 N/mm² beträgt. Bei einer derartigen Elastizität ist gewährleistet, dass der Chip selbst bei extremen Temperaturen und starken Verformungen keine schwerwiegende mechanische Stresseinwirkung erfährt.Finally, it is also preferred if the elastic modulus of the encapsulation material is between 1 and 500 N / mm ² . Such elasticity ensures that the chip does not experience any severe mechanical stress, even at extreme temperatures and severe deformations.

Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.Further embodiments are mentioned in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.The invention is exemplified below Explained with reference to the drawings.

1 ist eine Perspektivansicht einer Leuchtdiode, und 1 is a perspective view of a light emitting diode, and

2 ist eine Perspektivansicht eines IC-Bauteils. 2 Fig. 3 is a perspective view of an IC device.

1 zeigt eine lichtemittierende Diode, bei der eine quaderförmige Verkapselung 11 aus transparentem Silikon gleichzeitig als Lichtleiter für das ausgesandte Licht dient. 1 shows a light-emitting diode, in which a cuboid encapsulation 11 made of transparent silicone also serves as a light guide for the emitted light.

Aus der Verkapselung 11 ragen zwei Anschlussbeinchen 13, 15 heraus. Innerhalb einer Reflektorvertiefung 17 des Anschlussbeinchens 13 ist der eigentliche lichtemittierende Diodenchip 19 angeordnet. Dieser ist über einen Bonddraht 21 mit dem anderen Anschlussbeinchen 15 verbunden.From the encapsulation 11 protrude two connecting legs 13 . 15 out. Inside a reflector recess 17 of the connection leg 13 is the actual light-emitting diode chip 19 arranged. This is over a bond wire 21 with the other connection leg 15 connected.

Die in 1 gezeigte lichtemittierende Diode dient auf an sich bekannte Weise zur Lichterzeugung. Das von dem Diodenchip 19 emittierte Licht wird von dem Verkapselungsmaterial an eine Außenseite geleitet, insbesondere an die in 1 nach oben weisende Frontseite.In the 1 The light-emitting diode shown serves to generate light in a manner known per se. That from the diode chip 19 emitted light is directed from the encapsulation material to an outside, in particular to the in 1 front facing upwards.

Der Einsatz von elastischem Silikon für die Verkapselung 11 hat den Vorteil, dass die Verkapselung 11 auch bei extremen Temperaturen keine mechanischen Stresseinwirkungen auf den Diodenchip 19 ausübt. Darüber hinaus kann die Verkapselung 11 den Diodenchip 19 auch vor bestimmten, insbesondere stumpfen mechanischen Einwirkungen besser schützen als ein herkömmliches Gehäuse aus Epoxidharz.The use of elastic silicone for the encapsulation 11 has the advantage of encapsulation 11 No mechanical stress effects on the diode chip even at extreme temperatures 19 exercises. In addition, the encapsulation 11 the diode chip 19 also better protect against certain, in particular blunt, mechanical influences than a conventional housing made of epoxy resin.

Ungeachtet der Ausbildung der Verkapselung 11 aus Silikon kann der Diodenchip 19 innerhalb der Reflektorvertiefung 17 auch punktuell oder flächig mittels eines nicht-elastischen Materials, an dem Anschlussbeinchen 13 befestigt sein. Dies ist jedoch nicht obligatorisch.Regardless of the design of the encapsulation 11 The diode chip can be made of silicone 19 inside the reflector recess 17 also punctually or flatly using a non-elastic material on the connection leg 13 be attached. However, this is not mandatory.

2 zeigt einen IC-Chip 31 mit beispielsweise acht Anschlussbeinchen 33, von denen in 2 vier zu sehen sind. Der IC-Chip 31 ist von einer quaderförmigen Verkapselung 35 hermetisch eingehäust, wobei lediglich die Anschlussbeinchen 33 aus der Verkapselung 35 herausragen. Die Verkapselung 35 bildet somit die einzige und äußerste Außenhülle des gezeigten Bauteils, und sie liegt innenseitig direkt an dem IC-Chip 31 an. Da es sich hier um kein Optobauteil handelt, muss die Verkapselung 35 nicht unbedingt transparent ausgebildet sein. 2 shows an IC chip 31 with, for example, eight connecting legs 33 , of which in 2 four can be seen. The IC chip 31 is of cuboid encapsulation 35 hermetically enclosed, only the connecting legs 33 from the encapsulation 35 protrude. The encapsulation 35 thus forms the only and outermost outer shell of the component shown, and it lies directly on the inside of the IC chip 31 on. Since this is not an optical component, the encapsulation must be 35 not necessarily be transparent.

Die Verkapselung 35 besteht aus einem elastischen Material, insbesondere aus Silikongummi oder einem sonstigen Elastomer. Dadurch ist gewährleistet, dass die Verkapselung 35 selbst bei extremen Temperaturen keine mechanische Stresseinwirkung auf den IC-Chip 31 aufgrund temperaturbedingter Geometrieveränderungen ausübt. Der IC-Chip 31 ist dadurch auch bei Extremtemperaturen einsetzbar und dabei durch die Verkapselung 35 vor Beschädigungen von außen geschützt.The encapsulation 35 consists of an elastic material, in particular silicone rubber or another elastomer. This ensures that the encapsulation 35 No mechanical stress on the IC chip even at extreme temperatures 31 due to temperature-related changes in geometry. The IC chip 31 can therefore also be used at extreme temperatures, thanks to the encapsulation 35 protected from external damage.

1111: Verkapselungencapsulation
1313: Anschlussbeinchenconnecting pins
1515: Anschlussbeinchenconnecting pins
1717: Reflektorvertiefungreflector cavity
1919: Diodenchipdiode chip
2121: Bonddrahtbonding wire
3131: IC-ChipIC chip
3333: Anschlussbeinchenconnecting pins
3535: Verkapselungencapsulation

Claims

Semiconductor component with a semiconductor chip ( 19 . 31 ) and an encapsulation ( 11 . 35 ) to protect the chip from damage, characterized in that the encapsulation ( 11 . 35 ) is made of an elastic material.

Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the encapsulation ( 11 . 35 ) out Silicone is made.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the encapsulation ( 11 . 35 ) is made of an elastomer.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the semiconductor component is an optoelectronic Semiconductor component, in particular around a light-emitting diode is.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the encapsulation ( 11 ) also serves as a light guide, in particular as a beam-shaping light guide.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the encapsulation material ( 11 ) is transparent.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that a first end face and the adjoining side walls of the chip ( 19 . 31 ) with the encapsulation ( 11 . 35 ) are provided.

Semiconductor component according to Claim 7, characterized in that, in addition, a second end face opposite the first end face with the encapsulation ( 11 . 35 ) is provided.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the encapsulation ( 11 . 35 ) around the outermost outer shell and / or the only outer shell of the chip ( 19 . 31 ) acts.

Semiconductor component according to one of the preceding Expectations, characterized in that the elastic modulus of the encapsulation material between 1 and 500 N / mm2.