DE102004048203A1 - Stapelbares elektronisches Bauteil mit Durchgangskontaktierungen - Google Patents
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Abstract
Ein gestapeltes Halbleitermodul (15) mit einem aus einem Nutzen durch Aussägen hergestelltes elektronisches Bauteil (1) hat ein Gehäuse (3), das eine Vertikalöffnung (9) aufweist. Auf der Oberfläche der Vertikalöffnung (9), auf der Unterseite des Gehäuses (3) und auf der Oberseite des Gehäuses (3) im Bereich der Vertikalöffnung (9) ist eine durchgehende Metallisierung (10) vorgesehen. Im Bereich der Metallisierung (10) ist ein Lotpastendepot (30) vorgesehen, das die Metallisierung (10) mit einem Außenkonakt (23) eines weiteren elektronischen Bauteils (16) verbindet.
Description
- Erfindung betrifft ein gestapeltes Halbleitermodul mit wenigstens einem aus einem Nutzen durch Aussägen hergestelltes elektronischen Bauteil.
- Ein solches aus einem Nutzen durch Aussägen hergestelltes elektronisches Bauteil ist aus der
DE 102 132 96 A1 bekannt. - Zur Stapelung von elektronischen Bauteilen übereinander – auch als Package-on-Package bekannt – werden zur räumlichen Verdichtung der elektronischen Funktionalitäten sowie zur Erhöhung der elektrischen Performance verwendet, um den Anforderungen an Halbleiterbausteine bei wachsender Komplexität und zunehmender Miniaturisierung gerecht zu werden. Im Unterschied von dem so genannten System-on-Chip-Aufbau, in dem verschiede Funktionalitäten auf einem einzigen Silizium-Chip realisiert werden, oder dem sog. System-in-Package, in dem verschieden Chips in einem Gehäuse untergebracht werden, besteht ein Package-on-Package-Aufbau aus fertigen Halbleitergehäusen. Dies erlaubt Stapelung von bereits getesteten Bausteinen, wodurch höhere Ausbeuten ermöglicht werden. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise in der
US 653 895 B2 vorgeschlagen worden, bei der jedoch einiger Aufwand in die Herstellung zu stecken ist. - Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gestapeltes Halbleitermodul zu schaffen, das sich durch Einfachheit der Herstellung und erhöhte Zuverlässigkeit aus zeichnet.
- Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
- Die Erfindung sieht ein gestapeltes Halbleitermodul mit wenigstens einem aus einem Nutzen durch Aussägen hergestelltes elektronischen Bauteil vor. Solche Bauteile lassen sich besonders einfach und kostengünstig herstellen.
- Das Bauteil hat ein Kunststoffgehäuse, das wenigstens eine Vertikalöffnung aufweist, die mit der Oberseite oder mit der Unterseite des Kunststoffgehäuses in Verbindung steht. Die Vertikalöffnung kann durch Bohren oder durch Laserschneiden hergestellt werden oder gleich bei der Herstellung des Kunststoffgehäuses mit Hilfe von Formeinsätzen in der Moldform ausgespart werden. Auf der Oberfläche im Inneren der Vertikalöffnung, auf der Unterseite des Gehäuses im Bereich um die Vertikalöffnung herum oder auf der Oberseite des Gehäuses im Bereich um die Vertikalöffnung herum wird eine durchgehende Metallisierung vorgesehen. Mit der Metallisierung können elektrische Verbindungen zwischen Kontaktflächen eines im Kunststoffgehäuse vorgesehenen Halbleiterchips und der Außenseite des Kunststoffgehäuses einfach hergestellt werden. Hierzu ist im Bereich wenigstens einer Metallisierung im Bereich der Vertikalöffnung ein wenigstens teilweise aufgeschmolzenes oder auch ein nicht aufgeschmolzenes Lotpastendepot oder ein Leitkleber vorgesehen, das die Metallisierung mit einem Außenkontakt eines weiteren elektronischen Bauteils verbindet.
- Die Vertikalöffnung kann auch durchgehend als Durchgangsloch ausgebildet sein, so dass die Oberseite des Kunststoffgehäuses und die Unterseite des Kunststoffgehäuses miteinander verbunden sind, wobei die Metallisierung die Oberfläche der Vertikalöffnung, die Unterseite des Gehäuses im Bereich der Vertikalöffnung und die Oberseite des Gehäuses im Bereich der Vertikalöffnung elektrisch leitend miteinander verbindet. Mit einem derart bereitgestellten Durchkontakt lassen sich besonders einfach gestapelte Halbleitermodule mit mehreren elektronischen Bauteilen herstellen.
- Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit solche Bausteine zusammenzufügen, z. B. zu einer funktionalen Einheit, die praktisch beliebig konfigurierbar bzw. ausbaubar ist.
- Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung dann umsetzen, wenn der Chip mit seiner passiven Rückseite auf einer metallischen Chipinsel angeordnet ist, wobei die Kontaktflächen des Chips über Bonddrähte mit metallischen Kontaktinseln in Verbindung stehen, die aus demselben Material hergestellt sind, wie die Chipinsel. Ein solches Bauteil auf der Basis eines geätzten metallischen Leadframes ist aus der
DE 101 47 375 A1 bekannt, auf dessen Offenbarungsgehalt zur Herstellung hier verwiesen wird. Dort wird auch ausgeführt, wie man Vertikalöffnungen im Bereich einer Kontaktinsel herstellen kann. - Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
- Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahmen auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Stapelbares elektronisches Bauteil, -
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel aus zwei elektronischen Bauteilen mit dem elektronischen Bauteil aus1 und -
3 bis6 veranschaulichen Prozessschritte zur Herstellung eines elektronischen Bauteils aus1 . -
1 zeigt ein elektronisches Bauteil1 , das einen Halbleiterchip2 aufweist, der von einem Kunststoffgehäuse3 umhüllt ist. Der Halbleiterchip2 ist dabei auf einer metallischen Chipinsel4 angeordnet, in dieser Ansicht nicht gezeigte Kontaktflächen des Halbleiterchips sind über Bonddrähte5 mit metallischen Kontaktinseln6 verbunden. Dabei ist im Bereich oberhalb der in1 links gelegenen Kontaktinsel6 eine Vertikalöffnung7 vorgesehen, die mit einer Metallisierung8 ausgekleidet ist. Die Metallisierung8 steht dabei an ihrem unteren Ende mit der Kontaktinsel6 in Verbindung, und sie erstreckt sich auf der Oberfläche des Kunststoffgehäuses3 um den Austritt der Vertikalöffnung7 herum. - Außerdem ist noch eine Durchgangsöffnung
9 vorgesehen, die vollständig mit einer Metallisierung10 ausgekleidet ist, die sich auf der Oberfläche des Kunststoffgehäuses3 erstreckt, und zwar um den Bereich des Austritts der Durchgangsöffnung9 aus dem Kunststoffgehäuse3 . -
2 zeigt ein gestapeltes Halbleitermodul15 im Querschnitt, das auf einer übergeordneten Schaltungsplatine16 aufgebracht ist. Das gestapelte Halbleitermodul weist dabei ein als Basisbauteil angeordnetes elektronisches Bauteil gemäß1 sowie ein auf dem elektronischen Bauteil1 aufgesetztes oberes Halbleiterbauteil17 auf. Das obere Halbleiterbauteil17 hat einen Halbleiterchip2' , der auf einer metallischen Chipinsel4' angeordnet ist. Außerdem ist eine Kontaktinsel6' vorgesehen, die über einen Bonddraht5' mit einem in dieser Ansicht nicht gezeigten Anschlusskontakt des Halbleiterchips2' in Verbindung steht. Dabei ist zwischen der Unterseite der Kontaktinsel6' und der Metallisierung10 der Durchgangsöffnung9 ein Lotpastendepot19 vorgesehen. Ebenso ist ein Lotpastendepot20 im Bereich zwischen der Chipinsel4' und der Metallisierung8 der Vertikalöffnung7 vorgesehen. - Die übergeordnete Schaltungsplatine
16 gliedert sich in eine aus isolierendem Material hergestellte Trägerplatte21 sowie in Metallisierungen22 und23 , die im Bereich von Kontaktierungsöffnungen24 ,25 ,26 so aufgebracht ist, dass dort die Oberseite der Trägerplatte21 mit deren Unterseite leitend in Verbindung steht. - Im Bereich der Metallisierung
22 ist dabei ein Lostpastendepot27 zu der Kontaktinsel6 hin vorgesehen. Ein ebensolches Lotpastendepot28 ist im Bereich der Metallisierung22 zu der Chipinsel4 hin vorgesehen. Ein Lotpastendepot29 ist im Bereich der Metallisierung23 bei der Kontaktierungsöffnung25 vorgesehen, und zwar zu der Kontaktinsel6 hin. Schließlich ist noch ein Lotpastendepot30 im Bereich der Metallisierung23 vorgesehen, und zwar auf der Oberseite der Trägerplatte21 zur Durchgangsöffnung9 des elektronischen Bauteils1 hin. - Die Lotpastendepots in
2 sind durch Erwärmen in eine Lotverbindung umgewandelt worden, so dass entsprechende elektrisch leitende Verbindungen zwischen den damit benetzten metallischen Bauelementen entstehen. - In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist anstelle eines Lotpastendepots ein Leitkleberdepot bzw. ein flüssiges Polymer, mit metallischen Partikeln vorgesehen. Alternativ dazu könnte man auch metallische Kontakte aneinander anlegieren. Hierzu müssen zwei unterschiedliche Komponenten wie beispielsweise AL und AU zu einer eutektischen Legierung verbunden werden. Es sind auch Schweißverfahren denkbar.
- Die
3 bis6 veranschaulichen die Herstellung eines elektronischen Bauteils1 , wie es in1 gezeigt ist. -
3 zeigt einen Nutzen, in dem zwei Halbleiterchips2 jeweils auf einer Chipinsel4 angeordnet sind. Bonddrähte führen vom Halbleiterchip2 zu Kontaktinseln. Die Kontaktinseln und die Chipinseln sind aus einem metallischen Streifen mit einem Ätzverfahren hergestellt. Alle diese Bauteile sind mit einem Kunststoffgehäuse3 versehen, wobei die Chipinseln4 und die Kontaktinseln6 von unten her elektrisch kontaktierbar sind. -
4 veranschaulicht, wie Vertikalöffnungen7 und Durchgangsöffnungen9 in das Kunststoffgehäuse3 eingebracht wer den. Dies kann beispielsweise durch Laserbohren, durch mechanisches Bohren oder durch andere materialabtragende Verfahren gesehen. Dabei ist wesentlich, dass die Vertikalöffnung7 so hergestellt wird, dass ein Bonddraht zwischen der im Bereich der Vertikalöffnung7 befindlichen Kontaktinsel6 und dem Halbleiterchip2 nicht beschädigt wird. -
5 veranschaulicht das Aufbringen der Metallisierung8 und der Metallisierung10 auf den Nutzen aus4 . Die Metallisierung kann beispielsweise durch Aktivierung mit Palladium und nachfolgender Elektroplattierung erfolgen. Dabei werden in dieser Ansicht nicht gezeigte Redistributionsleitungen vorgesehen, und zwar auf der Außenseite des Kunststoffgehäuses3 . - In einem hier nicht veranschaulichten Fertigungsschritt ist vorgesehen, dass mit einer Leitpaste bzw. mit einem Leitkleber die Vertikalöffnung
7 bzw. die Durchgangsöffnung9 aufgefüllt wird, wobei gleich Leiterbahnen auf der Oberseite und auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses3 vorgesehen werden. -
6 veranschaulicht das Auftrennen des Nutzens aus5 in einzelne elektronische Bauteile1 , indem Sägespuren31 durch das Kunststoffgehäuse3 geführt werden. -
- 1
- elektronisches Bauteil
- 2'; 2
- Halbleiterchip
- 3
- Kunststoffgehäuse
- 4'; 4
- Chipinsel
- 5'; 5
- Bonddraht
- 6', 6
- Kontaktinsel
- 7
- Vertikalöffnung
- 8
- Metallisierung
- 9
- Durchgangsöffnung
- 10
- Metallisierung
- 15
- gestapeltes Halbeitermodul
- 16
- übergeordnete Schaltungsplatine
- 17
- oberes Halbleiterbauteil
- 19
- Lotpastendepot
- 20
- Lotpastendepot
- 21
- Trägerplatte
- 22
- Metallisierung
- 23
- Metallisierung
- 24
- Kontaktierungsöffnung
- 25
- Kontaktierungsöffnung
- 26
- Kontaktierungsöffnung
- 27
- Lotpastendepot
- 28
- Lotpastendepot
- 29
- Lotpastendepot
- 30
- Lotpastendepot
- 31
- Sägespur
Claims (4)
- Gestapeltes Halbleitermodul (
15 ) mit wenigstens einem aus einem Nutzen durch Aussägen hergestelltes elektronischen Bauteil (1 ), das die folgenden Merkmale aufweist: – wenigstens einen Halbleiterchip (2 ), – ein Gehäuse (3 ), das wenigstens eine Vertikalöffnung (7 ,9 ) aufweist, die mit der Oberseite und/oder mit der Unterseite des Gehäuses (3 ) in Verbindung steht, wobei auf der Oberfläche der Vertikalöffnung (7 ,9 ), auf der Unterseite des Gehäuses (3 ) im Bereich der Vertikalöffnung und/oder auf der Oberseite des Gehäuses (3 ) im Bereich der Vertikalöffnung (7 ,9 ) eine durchgehende Metallisierung (8 ,10 ) vorgesehen ist, wobei im Bereich wenigstens einer Metallisierung (8 ,10 ) im Bereich der Vertikalöffnung (7 ,9 ) ein wenigstens teilweise aufgeschmolzenes oder nicht aufgeschmolzenes Lotpastendepot (19 ,20 ,27 ,28 ,29 ,30 ) oder ein Leitkleber vorgesehen ist, das die Metallisierung (8 ,10 ) mit einem Außenkontakt (4' ,6' ,22 ,23 ) eines weiteren elektronischen Bauteils (16 ,17 ) verbindet. - Gestapeltes Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine durchgehende Vertikalöffnung (
9 ) vorgesehen ist, die die Oberseite des Gehäuses (3 ) und die Unterseite des Gehäuses (3 ) verbindet, wobei die Metallisierung (10 ) die Oberfläche der Vertikalöffnung (9 ), die Unterseite des Gehäuses (3 ) im Bereich der Vertikalöffnung (9 ) und die Oberseite des Gehäuses (3 ) im Bereich der Vertikalöffnung (9 ) elektrisch leitend miteinander verbindet. - Elektronische Schaltung mit einem gestapelten Halbleitermodul (
15 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche und mit einer übergeordneten Schaltungsplatine (16 ), die Anschlusskontakte (22 ,23 ) aufweist, wobei in wenigstens einem Bereich zwischen einem Außenkontakt (6 ) eines elektronischen Bauteils (1 ) und einem Anschlußkontakt (22 ) der Schaltungsplatine (16 ) ein wenigstens teilweise aufgeschmolzenes Lotpastendepot (27 ) oder ein Leitkleber vorgesehen ist. - Verfahren zum Herstellen eines gestapeltes Halbleitermodul, das die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen eines aus einem Nutzen durch Aussägen hergestellten elektronischen Bauteils (
1 ), das die folgenden Merkmale aufweist: – wenigstens einen Halbleiterchip (2 ), – ein Gehäuse (3 ), das wenigstens eine Vertikalöffnung aufweist, die mit der Oberseite und/oder mit der Unterseite des Kunststoffgehäuses in Verbindung steht, wobei auf der Oberfläche der Vertikalöffnung, auf der Unterseite des Gehäuses (3 ) im Bereich der Vertikalöffnung und/oder auf der Oberseite des Gehäuses im Bereich der Vertikalöffnung eine durchgehende Metallisierung vorgesehen ist, – Bereitstellen eines weiteren elektronischen Bauteils (17 ) mit einem Außenkontakt und/oder einer übergeordneten Schaltungsplatine (16 ) mit einem Anschlusskontakt, – Vorsehen eines Lotpastendepots oder eines Leitklebers zwischen die Metallisierung und den Außenkontakt bzw. zwischen die Metallisierung und den Anschlusskontakt, – Aufschmelzen des Lotdepots bzw. Aushärten des Leitklebers.
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