DE10124141B4 - Verbindungseinrichtung für eine elektronische Schaltungsanordnung und Schaltungsanordnung - Google Patents

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Abstract

Verbindungseinrichtung für eine elektronische Schaltungsanordnung,
a) welche ausgebildet ist, eine elektronische Schaltungseinheit (2) der Schaltungsanordnung (1) mit mindestens einer Kontakteinrichtung (4) der Schaltungsanordnung (1) mechanisch und elektrisch zu verbinden und dabei die Schaltungseinheit (2) und die Kontakteinrichtung (4) thermomechanisch zu entkoppeln,
b) welche als vorgefertigter metallischer Bereich oder Legierungsbereich im Bereich der Schaltungseinheit (2) und/oder im Bereich der Kontakteinrichtung (4) unter Vermeidung von Klebeelementen und Lotelementen ausgebildet ist,
c) bei welcher mindestens ein Pufferbereich (12) in Form einer Schicht angeordnet ist, durch welchen im Betrieb erzeugte thermomechanische Verspannungen zwischen der Schaltungseinheit (2) und der Kontakteinrichtung (4) aufgefangen und somit die Schaltungseinheit (2) und die Kontakteinrichtung (4) thermomechanisch entkoppelt sind,
d) bei welcher mindestens ein Verbindungsbereich (16) in Form einer Schicht angeordnet ist, durch welchen eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Schaltungseinheit (2) und der Kontakteinrichtung (4) ausgebildet ist,
e) bei welcher der Pufferbereich...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für eine elektronische Schaltungsanordnung sowie eine Schaltungsanordnung.
  • Beim Aufbau von Schaltungsanordnungen ist es oft notwendig, verschiedenartige Materialien miteinander in mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zu bringen. Dies trifft zum Beispiel für die Kontaktierung von Schaltungseinheiten, zum Beispiel von Chips, mit entsprechenden Kontakteinrichtungen zu. Aufgrund der unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten, können im Betrieb Verspannungen der z. B. die Schaltungseinheit bildenden elektronischen Bauelemente auftreten, was zu Nachteilen im Hinblick auf die Verlässlichkeit und die Lebensdauer der entsprechenden Schaltungsanordnungen führt und wodurch eine Schaltungseinrichtung nur mit limitierter Fläche verwendet werden kann.
  • Dementsprechend wurden bei bekannten Schaltungsanordnungen zwischen den Schaltungseinheiten und den Kontakteinrichtungen Verbindungseinrichtungen vorgesehen, durch welche die thermomechanischen Belastungen zumindest zum Teil aufgefangen werden konnten. Bei Halbleitermodulen zum Beispiel werden zwischen einem zu kontaktierenden oder zu befestigenden Chip und einem so genannten Leadframe oder einer anderen Diebondeinrichtung an den Kontakt- oder Berührungsstellen entsprechend Klebebereiche oder Lötungen vorgesehen, durch welche die unterschiedlichen Ausdehnungen bei thermischen Belastungen im Betrieb teilweise ausgeglichen werden können.
  • Diese Vorgehensweise ist insofern nachteilig, als das Aufbringen einer Klebung oder Lötung einen im Vergleich zu ande ren Fertigungsschritten relativ aufwendigen und zusätzlichen Produktionsschritt darstellt. Ferner haben entsprechende Kleb- oder Lotstoffe den Nachteil, dass sie beim Aufbringen auch einer vergleichsweise kleinen Menge auf einer vergleichsweise großen Fläche so genannte Höfe bilden. Diese Klebe- bzw. Lothöfe vergrößern quasi diejenige Fläche, die von einer Schaltungseinheit, zum Beispiel einem Chip, auf einem Kontaktbereich, zum Beispiel einem Leadframe, effektiv benötigt wird, im Übermaß.
  • Verbindungseinrichtungen, die ohne Klebung oder Lötung auskommen, werden nun aufgeführt.
  • Aus der US 5,654,586 A ist eine Leistungshalbleiterkomponente mit einer Pufferschicht bekannt. Es wird dort eine Verbindung zwischen einer Basisplatte und einem Chip gezeigt. Die vorgesehene Pufferschicht besteht z. B. aus Aluminium. Sie kann auch aus Kupfer oder Silber bestehen. Zwischen dem Chip und der Basisplatte, welche aus Kupfer besteht, ist eine beispielhafte Abfolge von Schichten aus Silber, Aluminium, Silber, Keramik, Kupfer, und nochmals Silber vorgesehen.
  • Die US 4,872,047 A offenbart eine Materialabfolge zum Anbringen eines Halbleiterchips, wobei es darum geht, den Halbleiterchip auf einem Substrat zu fixieren. Die verschiedenen Ausführungsformen zeigen zwischen einem Chip und einem Substrat eine Abfolge von Schichten, die eine thermo-mechanische Entlastung realisieren, indem sie zwischen dem Substrat mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem Chip mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgleichen. Es ist eine Abfolge mit einer Lotschicht, einer Pufferschicht und beispielsweise einer Silber-Glasklebeschicht vorgesehen.
  • Die JP 08 11 49 28 A betrifft eine Halbleitereinrichtung sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Es soll bei der Anbringung eines Halbleiterchips auf einem Träger eine ther mo-mechanische Stresssituation dadurch vermieden werden, dass eine den Stress absorbierende Schicht ausgebildet wird. Dabei wird der Halbleiterchip direkt mit der Stress absorbierenden Schicht in Verbindung gebracht, wobei zwischen dem Substrat und der Stress absorbierenden Schicht dann weitere Schichten vorgesehen werden, nämlich eine metallische Barriereschicht, eine metallische Verbindungsschicht, z. B. aus Nickel, eine weitere metallische Schicht aus oder mit Au-Sn, eine weitere metallischen Verbindungsschicht aus Au und eine abschließende metallischen Barriereschicht z. B. aus Nickel.
  • Die DE 196 06 101 A1 zeigt eine Materialabfolge zwischen einem Träger und einem Chip mit Kupfer/Zinn/Kupfer/Titan/Aluminium/Silizium.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungseinrichtung anzugeben, mit welcher die thermomechanischen Verspannungen an einer Grenzfläche zwischen einer Schaltungseinheit und einer Kontakteinrichtung bei möglichst geringem Flächenaufwand weitgehendst aufgefangen werden können.
  • Die Aufgabe wird bei einer Verbindungseinrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist Gegenstand des Anspruchs 6.
  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, welche die Schaltungseinheit und die Kontakteinrichtung thermomechanisch entkoppelt, unter Vermeidung von Klebeelementen und Lotelementen.
  • Die Verbindungseinrichtung für eine Schaltungsanordnung, insbesondere für ein Halbleitermodul, ist ausgebildet, im Betrieb mindestens eine Schaltungseinheit, insbesondere einen Chip, der Schaltungsanordnung mit mindestens einer Kontakteinrichtung der Schaltungsanordnung mechanisch und/oder elektrisch zu verbinden und dabei die Schaltungseinheit und die Kontakteinrichtung thermomechanisch im wesentlichen zu entkoppeln und zu entlasten.
  • Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung ist als vorgefertigter metallischer oder Legierungsbereich zumindest teilweise im Bereich der Schaltungseinheit und/oder im Bereich der Kontakteinrichtung unter Vermeidung von Klebeelementen und Lotelementen ausgebildet.
  • Es ist somit eine Idee der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung, anstelle einer Klebung oder Lötung einen metallischen oder Legierungsbereich vorzusehen. Durch diese Maßnahme werden im Gegensatz zum Stand der Technik Klebehöfe oder Lothöfe vermieden, und es wird erfindungsgemäß somit Platz eingespart. Des Weiteren sind metallische oder Legierungsbereiche besonders geeignet, thermomechanische Verspannungen zwischen einer Schaltungseinheit und einer zu kontaktierenden Kontakteinrichtung aufzufangen, weil durch eine entsprechend gewählte Zusammensetzung, insbesondere im Rahmen eines Vorfertigungsprozesses, günstige thermomechanische oder Wärmeausdehnungseigenschaften erreicht werden können. Des Weiteren ist ein Metallisierungs- oder Legierungsvorgang produktionstechnisch einfacher integrierbar als eine Klebung oder Lötung.
  • Es ist mindestens ein Pufferbereich aus Aluminium, in Form einer Schicht, vorgesehen. Dieser ist so ausgebildet, dass im Betrieb die thermomechanischen Verspannungen zwischen der Schaltungseinheit und der Kontakteinrichtung aufgefangen werden können. Somit wird durch den vorgesehenen Pufferbereich eine thermomechanische Entkopplung und Entlastung zwischen der Schaltungseinheit und der Kontakteinrichtung der Schaltungsanordnung realisiert.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Pufferbereich im Betrieb zumindest mit einem Oberflächenbereich davon als im wesentlichen integraler Bestandteil, als Schicht, in einem Bereich der bestehenden Struktur der Schaltungseinheit und/oder der Kontakteinrichtung ausgebildet ist. Dadurch wird ein besonders dünner, inniger und stabiler Kontakt zwischen der Schaltungseinheit oder der Kontakteinrichtung einerseits und der Verbindungseinrichtung andererseits gewährleistet. Des weiteren kann eine entsprechende Integration des Pufferbereichs in die Schaltungseinheit bzw. Kontakteinrichtung in einem zur Automation geeigneten Vorfertigungsprozess durchgeführt werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ist ein Verbindungsbereich in Form einer Silberschicht und einer Gold/Zinnschicht vorgesehen, durch welchen im Betrieb eine mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen der Schaltungseinheit und der Kontakteinrichtung ausbildbar ist. Der Verbindungsbereich übernimmt die Funktion des mechanischen Befestigens und/oder Halterns sowie der mechanischen und/oder elektrischen Verbindung zwischen der Schaltungseinheit einerseits und der Kontakteinrichtung andererseits.
  • Hauptsächlich durch das Vorsehen sowohl des Pufferbereichs als auch des Verbindungsbereichs wird eine Entkopplung dieser beiden Bereiche und ihren Funktionen erreicht, wodurch sich aufgrund der dann gesteigerten Wahlmöglichkeiten für die einzelnen, diese Bereiche bildenden Materialien eine besonders hohe Flexibilität bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ergibt. Eine Abfolge mehrerer Bereiche oder Schichten schafft mithin einen thermomechanisch kompatiblen Übergang zwischen Schaltungseinheit und Kontakteinrichtung.
  • Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, wie es in der US 5 654 586 A offenbart ist, dass die Verbindungseinrichtung aus einem einzigen Materialbereich oder einer Schicht z. B. dem Puffer, besteht, durch welchen dann sowohl die Puffereigenschaft als auch die Verbindungsfunktion realisiert werden.
  • Vorteilhafterweise ist der Verbindungsbereich zumindest mit einem Oberflächenbereich davon als im wesentlichen integraler Bestandteil als Schicht in einem Bereich der bestehenden Struktur der Kontakteinrichtung und/oder der Schaltungseinheit ausgebildet. Die Integration in eine bestehende Struktur ermöglicht auch im Hinblick auf die Ausgestaltung des Verbindungsbereichs eine automatisierte Fertigung, vorzugsweise in einem Vorfertigungsschritt.
  • Die Verbindungseinrichtung kann so ausgebildet sein, dass der Pufferbereich mit der Schaltungseinheit und der Verbindungsbereich mit der Kontakteinrichtung verbunden ist. Es bietet sich aber auch die umgekehrte Vorgehensweise an, bei welcher der Verbindungsbereich der Schaltungseinheit zugewandt und mit dieser verbunden ist und andererseits der Pufferbereich mit der Kontakteinrichtung in Kontakt steht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ist weiterhin eine Zwischenschicht aus Silber und Titan vorgesehen, um den Pufferbereich und den Verbindungsbereich miteinander indirekt mechanisch und elektrisch zu verbinden. Dadurch kann erreicht werden, dass sowohl die Schaltungseinheit und die Kontakteinrichtung als auch der Pufferbereich und der Verbindungsbereich thermomechanisch weiter voneinander entkoppelt werden, so dass auch die thermomechanische Verspannung dieser beiden Bereiche in Bezug aufeinander möglichst gering gehalten werden, wodurch sich eine besonders hohe thermomechanische Kompatibilität zwischen Schaltungseinheit und Kontakteinrichtung erreichen lässt.
  • Der Pufferbereich, der Zwischenbereich und der Verbindungsbereich sind schichtförmig oder schichtartig ausgebildet. Dabei weisen zum Teil diese Schichten ihrerseits mehr als eine me tallische Schicht und/oder Legierungsbereiche auf, so dass im Übergang von der Schaltungseinheit zur Kontakteinrichtung hin ein im wesentlichen schichtartiger oder schichtförmiger Verlauf oder Aufbau vorliegt.
  • Der Pufferbereich wird im wesentlichen aus Aluminium gefertigt. Aluminium hat hinsichtlich der Aufnahme mechanischer Verspannungen aufgrund der eigenen mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften besondere Vorteile.
  • Weiterhin weist die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung einen Verbindungsbereich auf, mit einem ersten Bereich, welcher Silber enthält oder im wesentlichen daraus gebildet ist und welcher direkt mit der Kontakteinrichtung verbunden ist. Des weiteren weist der Verbindungsbereich einen zweiten Bereich auf, welcher Gold und Zinn enthält oder im wesentlichen daraus gebildet ist und welcher auf einer von der Kontakteinrichtung abgewandten Seite angeordnet ist, in direkter Verbindung mit einem Zwischenbereich, wobei ein Pufferbereich über den Zwischenbereich mit dem Zwischenbereich mechanisch und elektrisch verbunden ist.
  • Weitere Vorteile hinsichtlich des Ausgleichs der thermomechanischen Verspannungen ergeben sich, wenn erfindungsgemäß der Zwischenbereich einen ersten Bereich aufweist, welcher Silber enthält oder im wesentlichen daraus gebildet ist und welcher mit dem Verbindungsbereich verbunden ist. Erfindungsgemäß weist der Zwischenbereich einen zweiten Bereich auf, welcher Titan enthält oder im wesentlichen daraus gebildet ist und welcher mit dem Pufferbereich verbunden ist.
  • Die oben beschriebene erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung wird in einer Schaltungsanordnung, insbesondere in einem Halbleitermodul, zur mechanischen und elektrischen Verbindung einer Schaltungseinheit, insbesondere eines Chips mit mindestens einer Kontakteinrichtung verwendet.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist insbesondere als Halbleitermodul ausgebildet und weist mindestens eine Schaltungseinheit, insbesondere einen Chip, sowie eine Kontakteinrichtung zur Kontaktierung der Schaltungseinheit auf. Gekennzeichnet ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch, dass zur mechanischen und elektrischen Verbindung der Schaltungseinheit mit der Kontakteinrichtung mindestens eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung vorgesehen ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung können die auftretenden Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von zum Beispiel Silizium und Kupfer je nach Dimensionierung noch besser aufgefangen werden. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung können die montagebedingten maximalen Chipflächen der einzelnen Gehäusetypen deutlich erhöht werden. So stehen für jeden Gehäusetyp insgesamt größere Chipflächen zur Verfügung als beim herkömmlichen Verfahren.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ist auch die Entkopplung zwischen Pufferschicht und Verbindungsschicht. Dabei wird der Puffer in eine andere bereits bestehende Struktur, nämlich der Struktur der Schaltungseinheit integriert. Es ist auch denkbar, den Puffer in die Struktur der Kontakteinrichtung zu integrieren.
  • Wie oben bereits erwähnt wurde, wird eine Verbindungsschicht im Verbindungsbereich, in einem ersten Bereich davon, aus Gold und Zinn ausgebildet. Der Verbindungsbereich insgesamt und insbesondere der erste Bereich davon, welcher Zinn zumindest enthält, wird vorteilhafterweise möglichst dünn realisiert und dabei zwischen zwei Bereichen oder Schichten aus demselben Material, nämlich zwischen zwei Silberschichten, angeordnet.
  • Durch dieses Vorgehen bildet sich durch Wechselwirkung der Materialien der Zwischenschicht und der Verbindungsschicht im Rahmen eines Legierungsaustausches eine neue Legierungsverbindung zwischen Zinn (Sn) und Silber (Ag) im Bereich der ersten und zweiten Bereiche des Verbindungsbereichs und des ersten Bereichs des Zwischenbereichs aus.
  • Dabei ergibt sich in vorteilhafter Weise eine relativ niedrige Herstellungs- oder Verarbeitungstemperatur im Bereich von etwa 230°C bis 280°C, nämlich im Bereich der Schmelztemperaturen der Gold-Zinn-Mischkristalle. In diesem Temperaturbereich der Schmelztemperaturen der Gold-Zinn-Mischkristalle wird dann die Legierungsumbildung zu Silber-Zinn bewirkt. Die neue Legierung Silber-Zinn hat im Vergleich zur Prozesstemperatur zwischen 230°C bis 280°C eine relativ hohe Schmelztemperatur oberhalb von 400°C. Insgesamt ergibt sich also der Vorteil, dass bei niedriger Verarbeitungstemperatur eine vergleichsweise hohe mechanisch-thermische Stabilität mit vergleichsweise gesteigerter Schmelztemperatur der neuen Legierungsverbindung entsteht.
  • Die Wahl einer besonders dünnen Verbindungsschicht bzw. eines besonders dünnen Verbindungsbereichs liefert während des Prozesses eine besonders schnelle und darüber hinaus im Wesentlichen vollständige Umwandlung in die Silber-Zinn-Legierung. Im Endergebnis erhält man eine besonders vollständige isotherme Erstarrung bei einem beschleunigten Montageprozess.
  • Besonders vorteilhaft ist dabei, dass im Gegensatz zum Stand der Technik der umzusetzende Legierungsbestandteil, welcher dem Zinn hinzugesetzt wird, nämlich Silber, von beiden Seiten der das Zinn enthaltenden Schicht angeboten wird. Das heißt, indem der zweite Bereich des Verbindungsbereichs, also der Au/Sn-Bereich, über den ersten Bereich des Verbindungsbereichs und über den ersten Bereich des Zwischenbereichs in Silber eingebettet ist, wird ein besonders vollständiger und beschleunigter Montageprozess, d. h. also eine besonders voll ständige und beschleunigte isotherme Erstarrung der Verbindung erreicht.
  • Dabei kann die eine Silberschicht als Rückseitenmetallisierung des entsprechenden Chips integriert sein, und sie kann direkt vor der Ausbildung der Gold/Zinn-Schicht aufgebracht werden. Die zweite Silberschicht kann auf dem Chipträger, beispielsweise auf einem Leadframe, aufgebracht werden. Dabei wird dann während des Montageprozesses der zu verbindende Chip mit der Rückseitenmetallisierung auf dem Chipträger angeordnet, wodurch dann eine entsprechende Montagekonstellation zur Ausbildung der Verbindung erreicht wird.
  • Ein Erfindungsgedanke liegt also in der konstruktiven Bereitstellung der für die isotherme Erstarrung benötigten Metalle, nämlich Silber, von beiden Seiten in Bezug auf die Zinn enthaltende Schicht, d. h. vom Chipträger her und von der Rückseitenmetallisierung des Chips her. Das Auslegen der Verbindungsschicht, welche Zinn enthält, als möglichst dünnen Bereich erzwingt die gewünschte vollständige und möglichst schnelle isotherme Erstarrung während des Montagevorgangs.
  • Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, dass nunmehr eine Trennung des eigentlichen Verbindungsbereichs in einen ersten Bereich, welcher Silber enthält, und einen zweiten Bereich, welcher das Gold-Zinn enthält, in räumlich separierter Form vor dem Montageprozess möglich ist. Das bedeutet, dass der erste Bereich des Verbindungsbereichs als integraler Bestandteil, z. B. als Oberflächenbereich, des eigentlichen Chipträgers oder des Leadframes ausgebildet sein kann. Es handelt sich dabei z. B. um eine integrierte Silberschicht im Oberflächenbereich des Leadframes oder Chipträgers.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weiter erläutert.
  • 1 zeigt in Form einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung.
  • 2 zeigt in Form einer geschnittenen Seitenansicht im Detail den Schichtaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung.
  • 3 zeigt eine Schaltungsanordnung aus dem Stand der Technik.
  • 4 zeigt zur Erläuterung eine andere Form einer Verbindungseinrichtung, die der Erläuterung des technischen Hintergrunds dient.
  • In der schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht der 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung 10 dargestellt.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 weist in einem aus einer Vergussmasse bestehenden Gehäuse 6 eine Schaltungseinheit 2 auf, welche über eine schichtförmig aufgebaute erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung 10 mit einer als Leadframe ausgebildeten Kontakteinrichtung 4 mechanisch und/oder elektrisch verbunden ist. Auf der Oberseite der Schaltungseinheit 2 oder des Chips ist ebenfalls über einen Bonddraht 8 mit Kontaktpunkten 8-1 und 8-2 eine weitere Kontakteinrichtung 5 angeschlossen. Die Kontakteinrichtungen 4, 5 oder Leadframes sind zusammen mit der Schaltungseinheit 1 und der Verbindungseinrichtung 10 in der Vergussmasse des Gehäuses 6 eingegossen und fixiert.
  • Ein Detail X der mit einer Pufferschicht 12, einer Zwischenschicht 14 und einer Verbindungsschicht 16 versehenen Verbin dungseinrichtung 10 ist in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht in der 2 dargestellt.
  • Dort ist gezeigt, dass im oberen Bereich von der Schaltungsanordnung 2, welche aus einem Siliziumchip besteht, ausgehend, sich eine aus Aluminium gefertigte Pufferschicht 12 anschließt. Es folgt eine Zwischenschicht 14 im Übergang zur Verbindungsschicht 16, wobei die Zwischenschicht 14 einen Bereich 14-2 aus Titan und nachfolgend einen anderen Bereich 14-1 aus Silber aufweist, welche beide in etwa eine Schichtstärke von 0,5 μm aufweisen. Die Titanschicht 14-2 liegt an der Aluminiumpufferschicht 12 an, während die Silberschicht 14-1 mit der nachfolgenden Schicht 16-2 des Verbindungsbereichs 16 verbunden ist.
  • Der für die Erfindung wichtige Verbindungsbereich 16 besteht ebenfalls aus zwei Schichten, nämlich einer mit der Zwischenschicht 14 verbundenen Schicht 16-2 aus Gold und Zinn, insbesondere mit einer Stärke von 1 μm sowie nachfolgend einer anderen Schicht 16-1, welche aus Silber besteht und welche im Oberflächenbereich 16b mit dem Kupfer des Leadframes oder der Kontakteinrichtung 4 verbunden ist.
  • 3 zeigt in teilweise geschnittener Seitenansicht eine Ausführungsform einer herkömmlichen Schaltungsanordnung 30.
  • Bei dieser sind ebenfalls in einem Gehäuse 36 aus einer Vergussmasse Kontakteinrichtungen 34 und 35 eingelassen. Die Schaltungseinheit 32 der herkömmlichen Schaltungsanordnung 30 ist über eine Klebung oder Lötung 31 mit der Kontakteinrichtung 34 verbunden.
  • Im Gegensatz zu Verbindungen, die auf dem Prinzip der isothermen Erstarrung beruhen, bei welcher die Verbindungseinrichtung 10 aus einer Schichtstruktur besteht, welche als Metallisierungs- oder Legierungsschicht den Kanten der Schaltungseinheit 2 zu folgen vermag, weist die Verbindungsein richtung 31 bei der konventionellen Schaltungsanordnung 30 so genannte Höfe 31a und 31b auf, welche dazu führen, dass die von der Schaltungseinheit 32 auf der Kontakteinrichtung 34 effektiv eingenommene Fläche nicht durch die Kantenlänge x der Schaltungseinheit 32 bestimmt wird, sondern vielmehr durch die Kantenlänge y, welche sich durch das Auseinanderlaufen der Lötung oder Klebung, also durch die Höfe auf der Oberfläche der Kontakteinrichtung 34 ergibt.
  • Ausgehend vom Stand der Technik gemäß der Anordnung 30 ergibt sich zum Beispiel durch die verbesserte Verbindung eine erhaltene Flächeneinsparung von etwa 30%, wenn man eine Benetzungsfläche durch die Klebung oder Lötung zugrunde legt, welche durch eine Kantenlänge y = 1,9 mm definiert ist, sofern man eine rechteckige Grundfläche für die Klebung oder Lötung und auch für den Chip 32 voraussetzt. Durch den Wegfall der Höfe 31a und 31b ergibt sich, dass bei einer Chipkantenlänge x von 1,6 mm eine Flächendifferenz von 1,05 mm2 resultiert, welche im Verhältnis zur Klebefläche auf der Kontakteinrichtung 34 von 3,61 mm2 eine Flächeneinsparung von 30% liefert, wenn man von der Klebung oder Lötung zur Verbindungseinrichtung übergeht, deren Struktur auf der isothermen Erstarrung beruht.
  • 4 zeigt zur Erläuterung das Detail X einer mit einer Pufferschicht 12, einer Zwischenschicht 14 und einer Verbindungsschicht 16 versehenen Verbindungseinrichtung 10 gemäß einer anderen Form in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht in analoger Weise wie bei 2, die der Erläuterung des technischen Hintergrunds dient und aus der DE 196 06 101 A1 bekannt ist.
  • Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Ausführungsform der 2 ist bei der Form der 4 der erste Bereich 14-1 des Zwischenbereichs 14 aus Kupfer gebildet. Das Gleiche gilt für den ersten Bereich 16-1 des Verbindungsbereichs 16. Zusätzlich ist dieser erste Bereich 16-1 der Verbindungsschicht 16 als integraler Bestandteil des Leadframes 4, nämlich von dessen Oberfläche, ausgebildet. Des Weiteren besteht der zweite Bereich 16-2 der Verbindungsschicht 16 ausschließlich aus Zinn und enthält somit keine Mischkristalle wie bei der Ausführungsform der 2.
    • 1
    erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
    2
    Schaltungseinheit
    4
    Kontakteinrichtung
    5
    Kontakteinrichtung
    6
    Gehäuse, Vergussmasse
    8
    Bonddraht
    8-1/2
    Kontaktpunkte
    10
    Verbindungseinrichtung
    12
    Pufferbereich, Pufferschicht
    12a, b
    Oberflächenbereich
    14
    Zwischenbereich, Zwischenschicht
    14-1
    erster Bereich
    14-2
    zweiter Bereich
    16
    Verbindungsbereich
    16a, b
    Oberflächenbereich
    16-1
    erster Bereich
    16-2
    zweiter Bereich
    30
    Schaltungsanordnung Stand der Technik
    31
    Lot-/Klebeverbindung
    31a, b
    Höfe
    32
    Schaltungseinheit
    34
    Kontakteinrichtung
    35
    Kontakteinrichtung
    36
    Gehäuse, Vergussmasse
    x
    Kantenlänge Schaltungseinheit
    y
    Kantenlänge Lot-/Klebebereich

Claims (6)

  1. Verbindungseinrichtung für eine elektronische Schaltungsanordnung, a) welche ausgebildet ist, eine elektronische Schaltungseinheit (2) der Schaltungsanordnung (1) mit mindestens einer Kontakteinrichtung (4) der Schaltungsanordnung (1) mechanisch und elektrisch zu verbinden und dabei die Schaltungseinheit (2) und die Kontakteinrichtung (4) thermomechanisch zu entkoppeln, b) welche als vorgefertigter metallischer Bereich oder Legierungsbereich im Bereich der Schaltungseinheit (2) und/oder im Bereich der Kontakteinrichtung (4) unter Vermeidung von Klebeelementen und Lotelementen ausgebildet ist, c) bei welcher mindestens ein Pufferbereich (12) in Form einer Schicht angeordnet ist, durch welchen im Betrieb erzeugte thermomechanische Verspannungen zwischen der Schaltungseinheit (2) und der Kontakteinrichtung (4) aufgefangen und somit die Schaltungseinheit (2) und die Kontakteinrichtung (4) thermomechanisch entkoppelt sind, d) bei welcher mindestens ein Verbindungsbereich (16) in Form einer Schicht angeordnet ist, durch welchen eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Schaltungseinheit (2) und der Kontakteinrichtung (4) ausgebildet ist, e) bei welcher der Pufferbereich (12) und der Verbindungsbereich (16) über einen schichtförmigen Zwischenbereich (14) miteinander mechanisch und elektrisch verbunden sind, f) bei welcher der Pufferbereich (12) aus Aluminium gebildet ist, g) bei welcher der Verbindungsbereich (16) einen schichtförmigen ersten Bereich (16-1) aufweist, welcher aus Silber gebildet ist und welcher direkt mit der Kontakteinrichtung (4) verbunden ist, h) bei welcher der Verbindungsbereich (16) einen schichtförmigen zweiten Bereich (16-2) aufweist, welcher aus Gold und Zinn gebildet ist und welcher auf einer von der Kon takteinrichtung (4) abgewandten Seite angeordnet ist in direkter Verbindung mit dem Zwischenbereich (14), i) bei welcher der Zwischenbereich (14) einen schichtförmigen ersten Bereich (14-1) aufweist, welcher aus Silber gebildet ist und welcher mit dem Verbindungsbereich (16) verbunden ist, und j) bei welcher der Zwischenbereich (14) einen schichtförmigen zweiten Bereich (14-2) aufweist, welcher aus Titan gebildet ist und welcher mit dem Pufferbereich (12) verbunden ist.
  2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbereich (12) zumindest mit einem Oberflächenbereich (12a) davon als integraler Bestandteil in einem Bereich der bestehenden Struktur der Schaltungseinheit (2) ausgebildet ist.
  3. Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (16) zumindest mit einem Oberflächenbereich (16b) als integraler Bestandteil in einem Bereich der bestehenden Struktur der Kontakteinrichtung (4) ausgebildet ist.
  4. Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbereich (12), der Zwischenbereich (14) und der Verbindungsbereich (16) schichtförmig ausgebildet sind und eine Mehrzahl metallischer und/oder Legierungsschichten aufweisen, so dass im Übergang von der Schaltungseinheit (2) zur Kontakteinrichtung (4) hin ein im Wesentlichen schichtförmiger Verlauf vorliegt.
  5. Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (4) ein Teil eines Leadframes ist und der erste Bereich (16-1) des Verbindungsbereiches (16) als integraler Bestandteil der Kontakteinrichtung ausgebildet ist.
  6. Elektronische Schaltungsanordnung, insbesondere Halbleitermodul, mit mindestens einer elektronischen Schaltungseinheit (2) und mit mindestens einer Kontakteinrichtung (4) zur Kontaktierung der Schaltungseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen und elektrischen Verbindung der Schaltungseinheit (2) mit der Kontakteinrichtung (4) mindestens eine Verbindungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist.
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