DE102005011159A1 - Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontaktflächen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontaktflächen und Verfahren zur Herstellung desselben Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil (1) mit oberflächenmontierbaren Außenkontaktflächen (2 is 5) und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die oberflächenmontierbaren Außenkontakte sind als flache Außenkontakte (2 bis 5) auf der Unterseite (6) des Halbleiterbauteils (1) angeordnet. Der Halbleiterchip (8) des Halbleiterbauteils (1) weist auf seiner Oberseite (9) eine Sourcekontaktfläche (10) und eine Gatekontaktfläche (11) und auf seiner Rückseite (12) eine Drainkontaktfläche auf. Die Sourcekontaktfläche (10) ist auf einer Aussparung (16) eines Kühlkörpers (13), der mit einem Sourceaußenkontakt (S) verbunden ist, fixiert, wobei eine Oberseite (14) des Kühlkörpers (13) teilweise die Oberseite (14) des Halbleiterbauteils (1) bildet. Die Drainkontaktfläche mit einem Drainaußenkontakt (D) und die Gatekontaktfläche (11) ist über ein Verbindungselement (19) mit einem Gateaußenkontakt (G) auf der Unterseite (6) des Halbleiterbauteils (1) elektrisch verbunden. Somit weist das Halbleiterbauteil (1) sowohl auf der Unterseite (6) als auch auf der Oberseite (17) Flächen auf, welche die Verlustwärme abführen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten, die auf der Unterseite des Halbleiterbauteils aus einem Gehäuse herausragen. In dem Gehäuse weist das Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip auf, wobei die Oberseite des Halbleiterchips eine Sourcekontaktfläche und eine Gatekontaktfläche und die Rückseite des Halbleiterchips eine Drainkontaktfläche aufweist. Derartige Halbleiterchips bilden ein Halbleiterbauelement, das auch als "CoolMOS" bekannt ist.
  • Bei weiterhin zunehmender Chipverkleinerung erreicht die konventionelle Gehäusetechnologie, wie sie aus der Druckschrift US 6,319,755 B1 oder aus der Druckschrift US 6,249,041 B1 bekannt ist, für derartige Halbleiterbauteile ihre Grenzen, zumal die Gehäusetechnik nicht im gleichen Maße vermindert werden kann wie die Verkleinerung der Leistungshalbleiterchips. Dabei sind die Wärmeabfuhr und die limitierte Stromdichte ein Hauptproblem, das die Funktionalität der Hochleistungshalbleiter stark begrenzt bzw. beeinträchtigt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip anzugeben, das einen Aufbau aufweist, der einen verbesserten Wärmehaushalt bei gleichzeitig verminderten Halbleiterbauteildimensionen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten geschaffen, wobei die Außenkontakte flache Außenkontaktflächen auf der Unterseite des Halbleiterbauteilgehäuses aufweisen. Innerhalb des Gehäuses weist das Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip auf, der auf seiner Oberseite eine Sourcekontaktfläche und eine Gatekontaktfläche und auf seiner Rückseite eine Drainkontaktfläche aufweist. Ferner weist das Halbleiterbauteil innerhalb des Gehäuses einen Kühlkörper auf, wobei der Kühlkörper eine Oberseite, eine Unterseite und eine Aussparung auf der Unterseite aufweist. Die Oberseite des Kühlkörpers bildet eine koplanare Oberfläche mit der Gehäuseoberseite aus. Somit kann der Kühlkörper über seine Oberseite, die auf der Gehäuseoberseite angeordnet ist, Wärme abführen.
  • Der Halbleiterchip selbst ist mit seiner Sourcekontaktfläche in der Aussparung des Kühlkörper angeordnet, wobei diese Sourcekontaktfläche mit dem Kühlkörper elektrisch verbunden ist. Die Unterseite des Kühlkörpers und die Drainkontaktfläche des Halbleiterchips sind innerhalb des Gehäuses auf einer Gehäuseebene angeordnet, die von den oberflächenmontierbaren Außenkontakten des Halbleiterbauteils gebildet wird. Dabei ist die Unterseite des Kühlkörpers mit mindestens einem Sourceaußenkontakt und die Drainkontaktfläche des Halbleiterchips ist mit einem Drainaußenkontakt verbunden, wobei die Gatekontaktfläche über ein Verbindungselement mit einem Gateaußenkontakt auf der Unterseite des Halbleiterbauteils elektrisch in Verbindung steht.
  • Dieser Gehäuseaufbau eines Leistungshalbleiterbauteils in Form eines hochspannungsfesten MOSFET kann somit vorteilhafterweise sowohl auf der Gehäuseunterseite über die oberflä chenmontierbaren flachen Außenkontakte als auch von der Gehäuseoberseite mit Hilfe des auf Sourcepotential liegenden Kühlkörpers gleichzeitig intensiv gekühlt werden. Ein besonderer Vorteil ist darüber hinaus, dass das Sourcepotential, das üblicherweise ein Massepotential ist, auf der Oberseite des Halbleiterbauteils mit dem Kühlkörper anliegt und nicht die Hochspannung des Drainkontaktes mit dem Kühlkörper in Verbindung gebracht wird. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass beim Betreiben des Halbleiterbauteils auf einer Leiterplatte die Hochspannung des Drainanschlusses durch das Gehäuse des Halbleiterbauteils abgedeckt wird, und an der Oberseite des Halbleiterbauteils nur auf das Massepotential des Sourcekontaktes über den Oberflächenbereich des Kühlkörpers an der Oberseite des Gehäuses zugegriffen werden kann. Somit ist gewährleistet, dass keine Hochspannung auf der Leiterplatte frei zugänglich ist. Außerdem kann an den gehäuseinternen Kühlkörper auf der Oberseite des Halbleiterbauteils jederzeit ein weiteres Kühlelement angeschlossen werden, um den Wärmehaushalt des Halbleiterbauteils im Betrieb weiter zu verbessern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die elektrischen Verbindungen innerhalb des Halbleiterbauteils zwischen Sourcekontaktfläche und Kühlkörperaussparung, zwischen Kühlkörperunterseite und Sourceaußenkontakt sowie zwischen Drainkontaktfläche und Drainaußenkontakt flächige Verbindungen. Das hat den Vorteil, dass geringstmögliche Wärmeübergänge zwischen den stromführenden Komponenten des Halbleiterbauteils erreicht werden. Derartige flächige Verbindungen können aus Lotverbindungen bestehen, aber auch durch Leitklebertechnik, Lotpasten und/oder durch Diffusionslote erreicht werden.
  • Das oben erwähnte Verbindungselement zwischen Gatekontaktfläche auf der Oberseite des Halbleiterchips und Gateaußenkontakt kann vorzugsweise durch ein bondbares Verbindungselement, insbesondere durch mindestens einen Bonddraht, erreicht werden. Anstelle eines Bonddrahtes mit entsprechend großem Querschnitt kann auch eine Vielzahl von Bonddrähten kleineren Querschnitts eingesetzt werden, oder es kann ein Bondband von der Gatekontaktfläche auf der Oberseite des Halbleiterchips zu dem Gateaußenkontakt führen.
  • Die hohe Spannungsfestigkeit derartiger Halbleiterbauteile wird durch einen Halbleiterchip mit einer Driftstrecke erreicht, wobei diese Driftstrecke bei vertikalen MOSFETs von der auf der Oberseite des Halbleiterchips angeordneten Sourceelektrode zu der auf der Rückseite des Halbleiterchips angeordneten Drainelektrode über eine auf der Oberseite des Halbleiterchips angeordnete Gateelektrode geschaltet wird. Vorzugsweise sind in der vertikalen Driftstrecke bei einem Kompensationshalbleiterbauteil wie dem "CoolMOS" Kompensationsgebiete angeordnet, um den Durchlasswiderstand des Halbleiterchips im Bereich der Driftstrecke zu vermindern.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umschließt der Kühlkörper mit seiner Aussparung auf seiner Unterseite den Halbleiterchip auf mindestens zwei seiner gegenüber liegenden Randseiten. Dadurch ist es möglich, zwei Außenkontakte auf der Unterseite des Halbleiterbauteils mit der auf der Oberseite des Halbleiterbauteils gelegenen Sourcekontaktfläche großflächig und elektrisch zu verbinden.
  • Um eine derartige Aussparung zur Verfügung zu stellen, weist der Kühlkörper ein stranggezogenes Profilblech auf, dessen Profil die Aussparung vorsieht. Derartige Profilbleche sind mit dem Strangziehverfahren in großer Stückzahl preiswert herstellbar. Dabei kann der gezogene Strang in eine Vielzahl von Profilblechen für Kühlkörper der Halbleiterbauteile aufgetrennt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Kühlkörpers weist dieser einen Profilblechstreifen mit Ausschnitt für die Gatekontaktfläche auf der Oberseite des Halbleiterchips auf. Ein derartiger Ausschnitt kann bereits beim Trennen eines Profilblechstreifens in einzelne Kühlkörper durch Stanzen preiswert hergestellt werden. Das Material des Kühlkörpers in dieser Profilform mit Aussparung kann ein Kupfer oder eine Kupferlegierung sowie ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisen. Diese Metalle sind aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit für den Einsatz als Kühlkörper prädestiniert. Außerdem können Kühlkörper aus derartigen Materialien in Teilbereichen oxidationsresistente und korrosionsresistente Beschichtungen aufweisen. Dies ist besonders bei Aluminium durch entsprechende Eloxalbildungen möglich. Beim Kupfer wird dieses durch Abscheiden von Edelmetallen auf den Oberflächen erreicht.
  • Das Gehäuse kann entweder eine Kunststoffgehäusemasse oder eine Keramikmasse aufweisen. Dabei sind Kunststoffgehäusemassen preiswerter, weil sie es ermöglichen, durch einfaches Spritzgießen die Komponenten des Halbleiterbauteils, wie den Halbleiterchip, sowie teilweise den Kühlkörper und teilweise die Außenkontakte in die Kunststoffgehäusemasse einzubetten. Bei Keramikmassen ist die Einbettung durch entsprechende Sintervorgänge möglich. Werden die Komponenten in einer Kunststoffgehäusemasse eingebettet, so werden die Oberflächen, die mit der Kunststoffgehäusemasse in Berührung kommen, vorzugs weise vorher mit einer haftvermittelnden Beschichtung versehen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit oberflächenmontierbaren flachen Außenkontakten weist die nachfolgenden Vefahrensschritte auf. Zunächst wird eine Anordnung von flachen Außenkontakten für das oberflächenmontierbare Halbleiterbauteil in einem Flachleiterrahmen vorbereitet. Ferner wird ein Halbleiterchip hergestellt, wobei die Oberseite des Halbleiterchips eine Sourcekontaktfläche und eine Gatekontaktfläche und die Rückseite des Halbleiterchips eine Drainkontaktfläche aufweist. Danach wird der Halbleiterchip mit seiner Drainkontaktfläche auf einem Drainaußenkontakt des Flachleiterrahmens fixiert. Schließlich wird die Gatekontaktfläche, die auf der Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist, über ein Verbindungselement mit einem Gateaußenkontakt verbunden.
  • Parallel zu den obigen Verfahrensschritten wird für das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil ein Kühlkörper hergestellt, wobei der Kühlkörper eine Oberseite, eine Unterseite und eine Aussparung auf seiner Unterseite zur Aufnahme des Halbleiterchips in der Aussparung aufweist. Schließlich wird dieser Kühlkörper mit seiner Unterseite auf mindestens einem Sourceaußenkontakt unter gleichzeitigem Fixieren des Sourcekontaktes des Halbleiterchips in der Aussparung des Kühlkörpers fixiert. Nachdem dieser relativ kompakte Aufbau auf einem Flachleiterrahmen hergestellt worden ist, werden die bis dahin zusammengebauten Komponenten in eine Gehäusemasse eingebettet, wobei die Oberseite des Kühlkörpers mit der Oberseite des Gehäuses eine koplanare Fläche bildet und die Außenkontakte auf der Unterseite des Gehäuse mit ihren flachen Außenkontaktflächen herausragen.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass mit relativ preiswerten Mitteln ein kompaktes Halbleiterbauteil hergestellt werden kann, das sowohl von seiner Unterseite über die dort angeordneten flachen Außenkontakte als auch von seiner Oberseite aus über den Kühlkörper intensiv gekühlt werden kann. Dabei kann in einer vorteilhaften Durchführung des Verfahrens der Kühlkörper aus einem Profilblech gestanzt werden, wobei bei dem Stanzen gleichzeitig ein Ausschnitt für die auf der Oberseite des Halbleiterchips angeordnete Gatekontaktfläche vorgesehen wird.
  • Weiterhin ist das Bereitstellen eines Flachleiterrahmens bei diesem Verfahren kostengünstig durchführbar, indem ein entsprechender von einer Folie gestützter Blechstreifen in den entsprechenden Strukturen der Außenkontakte geätzt wird. Die Folie für den Blechstreifen kann anschließend als Transportfolie und Montagefolie für das Aufbringen der weiteren Komponenten, wie Halbleiterchips, Kühlkörper und Verbindungselemente für die Gateverbindung verwendet werden. Erst nach einem Moldverfahren wird die Folie von der Unterseite der entstandenen Halbleiterbauelemente entfernt werden. Diese Verfahrensvariante ermöglicht eine Massenfertigung von Hochleistungshalbleiterbauteilen mit MOSFET-Halbleiterbauelementen.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit diesem Halbleiterbauteil zusätzliche freie Flächen für die Wärmeabfuhr geschaffen werden und somit das Problem des Wärmehaushalts und der Stromlimitation bei kleiner werdenden Halbleiterchipdimensionen gelöst werden kann. Dabei werden Flächen sowohl auf der Gehäuseoberseite als auch auf der Gehäuseunterseite angeboten, so dass eine intensive Wärmeabfuhr auch für Kurzzeitbelastungen möglich ist und bei Langzeitbelastungen sich eine relativ homogene Wärmeverteilung einstellt. Die flächigen Verbindungen innerhalb des Halbleiterbauteils können neben dem bereits erwähnten Leitkleber oder einem Weichlotmaterial auch durch Lotpasten und durch Diffusionslote erreicht werden. Als Bonddraht wird vorzugsweise ein Aluminiumdraht eingesetzt, der auf Goldbeschichtungen der Gatekontaktfläche auf der Oberseite des Halbleiterchips und auf Goldbeschichtungen einer Kontaktanschlussfläche auf dem entsprechenden Gateaußenkontakt gebondet werden kann.
    •
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 bis 8 zeigen schematische, perspektivische Ansichten von Komponenten des Halbleiterbauteils gemäß 1 während des Herstellungsverfahrens des Halbleiterbauteils;
  • 2 zeigt eine schematische, perspektivische Struktur von Außenkontakten des Halbleiterbauteils auf einem Montagestreifen,
  • 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 2 nach Aufbringen eines Halbleiterchips;
  • 4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 3 nach Aufbringen eines angepassten Kühlkörpers;
  • 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 4 nach Durchführung einer Verbindung zu einem Gateaußenkontakt;
  • 6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht nach Einbetten der Struktur gemäß 5 in eine Kunststoffgehäusemasse,
  • 7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Oberseite des fertiggestellten Halbleiterbauteils;
  • 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Unterseite des fertiggestellten Halbleiterbauteils.
  • 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils 1 einer Ausführungsform der Erfindung. Das Halbleiterbauteil 1 weist auf seiner Gehäuseoberseite 17 die Oberseite 14 eines Kühlkörpers 13 auf, und auf seiner Unterseite 6 mehrere flache Außenkontakte 2 bis 5 auf. Diese flache Außenkontakte 2 bis 5 stehen mit entsprechenden Bereichen eines Halbleiterchips 8 elektrisch in Verbindung. So steht der flache Außenkontakt 3 als Drainaußenkontakt D mit der Rückseite 12 des Halbleiterchips 8 wenige 100 nm dicke Verbindungsschicht 25, die eine dünne Leitkleberschicht oder eine dünne Weichlotschicht oder eine entsprechend dünne Lotpastenschicht oder eine dünne Diffusionslotschicht sein kann elektrisch in Verbindung.
  • Die Oberseite 9 des Halbleiterchips 8 weist eine Sourcekontaktfläche 10 und eine Gatekontaktfläche 11 auf, wobei die Sourcekontaktfläche 10 den flächig größeren Anteil der Ober seite 9 des Halbleiterchips 8 einnimmt, und die Gatekontaktfläche 11 lediglich auf einer Ecke der Oberfläche 9 des Halbleiterchips 8 angeordnet ist. Die Sourcekontaktfläche 10 steht wiederum über eine flächig ausgebildete Verbindungsschicht 25 aus einem Leitkleber oder einem Weichlot oder einer Lotpaste oder eines Diffusionslotes mit einer Aussparung 16 des Kühlkörpers 13 elektrisch in Verbindung. Der Kühlkörper 13 weist außer der Aussparung 16, in die der Halbleiterchip 8 eingepasst ist, einen Ausschnitt 23 auf, der den Zugriff zu der Gatekontaktfläche 11 freigibt.
  • Somit kann die Gatekontaktfläche 11 in dem Ausschnitt 23 des Kühlkörpers 13 über ein dort angeordnetes Verbindungselement 19 mit dem Gateaußenkontakt G verbunden werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung besteht das Verbindungselement 19 aus einem Aluminiumbonddraht 20 mit einem dem Stromfluss angepassten Querschnitt. Der Bonddraht 19 ist auf der Gatekontaktfläche gebondet und auf einer Kontaktanschlussfläche 26 des Gateaußenkontaktes G fixiert, wobei sowohl die Gatekontaktfläche 11 als auch die Kontaktanschlussfläche 26 eine Goldbeschichtung aufweist.
  • Der Kühlkörper 13 umschließt mit seiner Aussparung 16 die Randseiten 21 und 22 des Halbleiterchips 8 und weist eine Unterseite 15 auf, die flächig über entsprechende Verbindungsschichten mit zwei auf der Unterseite 6 des Halbleiterbauteils 1 angeordneten Sourcekontaktflächen S verbunden ist. Dabei weist die Verbindungsschicht die gleichen Materialien auf wie die übrigen Verbindungsschichten innerhalb des Halbleiterbauteils 1 zur flächigen Verbindung der einzelnen Komponenten.
  • Mit einer gestrichelten Linie 27 wird die Außenkontur des Gehäuses 7 des Halbleiterbauteils 1 markiert, um den Blick auf die inneren Komponenten des Halbleiterbauteils 1 zu ermöglichen. Das Gehäuse 7 besteht jedoch in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einer undurchsichtigen Kunststoffgehäusemasse 24.
  • Die 2 bis 8 zeigen schematische, perspektivische Ansichten von Komponenten des Halbleiterbauteils 1 gemäß 1 während des Herstellungsverfahrens desselben.
  • 2 zeigt eine schematische, perspektivische Struktur von Außenkontakten 2 bis 5 des Halbleiterbauteils auf einem Montagestreifen, der zur Vereinfachung der Darstellung hier weggelassen wurde. Ein derartiger Montagestreifen weist eine Vielzahl derartiger Strukturen von Außenkontakten 2 bis 5 auf, die in Zeilen und Spalten auf dem Montagestreifen für eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen angeordnet sind. Die Außenkontakte 2 bis 5 sind in dieser Ausführungsform der Erfindung derart angeordnet, dass in der Mitte ein großflächiger Drainaußenkontakt D möglich ist. Auf zwei gegenüber liegenden Seiten sind zwei Außenkontakte 2 und 4 angeordnet, die als Sourceaußenkontakt S dienen. Schließlich ist in einer Ecke der Außenkontakt 5 für den Gateaußenkontakt G vorgesehen. Diese Struktur von Außenkontakten 2 bis 5 bildet mit ihren Oberseiten eine innere Gehäuseebene 18 und ist mit ihren Unterseiten auf der Gehäuseunterseite angeordnet.
  • 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 2 nach Aufbringen eines Halbleiterchips 8. Der Halbleiterchip 8 wird mit seiner Rückseite 12, die eine Drainkontaktfläche aufweist, auf den vorbereiteten Drainaußenkontakt D des Flachleiterrahmens montiert. Bei dieser Montage wird eine flächige Verbindungsschicht zwischen der Drainkontaktfläche des Halbleiterchips 8 und dem Drainaußenkontakt D angebracht, die einen Leitklebstoff, ein Weichlot, ein Diffusionslot oder eine Lotpaste aufweisen kann. Die Oberseite 9 des Halbleiterchips 8 wird hauptsächlich durch die Sourcekontaktfläche 10 beansprucht, wobei in einer Ecke der Oberseite 9 des Halbleiterchips 8 eine Gatekontaktfläche 11 vorgesehen ist.
  • 4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 3 nach Aufbringen eines angepassten Kühlkörpers 13. Dieser Kühlkörper 13 ist derart an den Halbleiterchip 8 angepasst, dass er eine Aussparung 16 aufweist, deren Tiefe derart gestaltet ist, dass zwei flächige Verbindungsschichten und die Dicke des Halbleiterchips in der Aussparung 16 untergebracht werden können. Die Aussparung 16 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung derart gestaltet, dass der Kühlkörper 13 den Halbleiterchip 8 auf zwei Randseiten 21 und 22 umschließt und mit seiner Unterseite 15 die beiden flachen Außenkontakte 2 und 4 als Sourceaußenkontakte S über eine entsprechende Verbindungsschicht kontaktiert. Somit liegt der Kühlkörper 13 auf Sourcepotential, das bei der üblichen Anwendung derartiger MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile auf Massepotential liegt. Neben der Aussparung 16 weist der Kühlkörper 13 einen Ausschnitt 23 auf, der einen Zugriff auf die Gatekontaktfläche 11 auf der Oberseite 9 des Halbleiterchips 8 freigibt.
  • 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 4 nach Durchführung einer Verbindung zu einem Gateaußenkontakt G. Wie oben bereits erwähnt, wird diese Verbindung durch einen Bonddraht 20 aus Aluminium gewährleistet.
  • 6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht nach Einbetten der Struktur gemäß 5 in eine Kunststoffgehäusemasse 24. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert. 6 zeigt demnach das Halbleiterbauteil 1 gemäß 1.
  • 7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Oberseite 17 des fertiggestellten Halbleiterbauteils 1, wobei nun die Kunststoffgehäusemasse 24 nicht mehr transparent dargestellt ist und eine koplanare Fläche auf der Gehäuseoberseite 17 aus der Oberseite des Gehäuses 7 und der Oberseite 13 des Kühlkörpers zeigt.
  • 8 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Unterseite 6 des fertiggestellten Halbleiterbauteils 1 mit den Außenkontaktflächen der Sourceaußenkontakte S des Drainaußenkontaktes D und des Gateaußenkontaktes G. Das hier dargestellte Beispiel lässt aufgrund seiner guten Wärmeabfuhr einen maximalen Stromfluss von 50 A zu anstelle von bisher 25 A bei herkömmlicher Bauteiltechnologie und gleichen Außenabmessungen. Der Durchlasswiderstand konnte auf 0,2 mΩ gesenkt werden. Bisher beträgt der Durchlasswiderstand für ein gleiches Halbleiterbauteil mit herkömmlicher Technologie 2,2 mΩ. Außerdem konnte der thermische Übergangswiderstand RTKJC auf 5 K/W anstelle von bisher 35 K/W gesenkt werden.
    • 1
    Halbleiterbauteil
    2
    flacher Außenkontakt
    3
    flacher Außenkontakt
    4
    flacher Außenkontakt
    5
    flacher Außenkontakt
    6
    Unterseite des Halbleiterbauteils
    7
    Gehäuse
    8
    Halbleiterchip
    9
    Oberseite des Halbleiterbauteils
    10
    Sourcekontaktfläche
    11
    Gatekontaktfläche
    12
    Rückseite des Halbleiterchips
    13
    Kühlkörper
    14
    Oberseite des Kühlkörpers
    15
    Unterseite des Kühlkörpers
    16
    Aussparung des Kühlkörpers
    17
    Oberseite des Gehäuses bzw. des Halbleiterbauteils
    18
    Gehäuseebene
    19
    Verbindungselement
    20
    Bonddraht
    21
    Randseite des Halbleiterchips
    22
    Randseite des Halbleiterchips
    23
    Ausschnitt in dem Kühlkörper
    24
    Kunststoffgehäusemasse
    25
    Verbindungsschicht
    26
    Kontaktanschlussfläche
    27
    gestrichelte Linie
    S
    Sourceaußenkontakt
    G
    Gateaußenkontakt
    D
    Drainaußenkontakt

Claims (16)

  1. Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten (2 bis 5), die auf der Unterseite (6) des Gehäuses (7) des Halbleiterbauteils (1) flache Außenkontaktflächen aufweisen, und mit einem Halbleiterchip (8), wobei die Oberseite (9) des Halbleiterchips (8) eine Sourcekontaktfläche (10) und eine Gatekontaktfläche (11) und die Rückseite (12) des Halbleiterchips (8) eine Drainkontaktfläche aufweist, und mit einem Kühlkörper (13), wobei der Kühlkörper (13) eine Oberseite (14), eine Unterseite (15) und eine Aussparung (16) auf der Unterseite (15) aufweist, wobei dessen Oberseite (14) eine koplanare Oberfläche mit der Gehäuseoberseite (17) ausbildet, wobei der Halbleiterchip (8) mit der Sourcekontaktfläche (10) in der Aussparung (16) angeordnet ist und diese Sourcekontaktfläche (10) mit dem Kühlkörper (13) elektrisch verbunden ist, und wobei die Unterseite (14) des Kühlkörpers (13) und die Drainkontaktfläche des Halbleiterchips (8) in einer Gehäuseebene (18) angeordnet sind, die von den oberflächenmontierbaren Außenkontakten (2 bis 5) gebildet wird, wobei die Unterseite (15) des Kühlkörpers (13) mit mindestens einem Sourceaußenkontakt (S) und die Drainkontaktfläche mit einem Drainaußenkontakt (D) und die Gatekontaktfläche (11) über ein Verbindungselement (19) mit einem Gateaußenkontakt (G) auf der Unterseite (6) des Halbleiterbauteils (1) elektrisch in Verbindung stehen.
  2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die elektrischen Verbindungen zwischen Sourcekontaktfläche(10) und Kühlkörperaussparung (16), zwischen Kühlkörperunterseite (15) und Sourceaußenkontakt (S) sowie zwischen Drainkontaktfläche und Drainaußenkontakt (D) flächige Verbindungen innerhalb des Halbleiterbauteils (1) sind.
  3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (19) zwischen Gatekontaktfläche (11) auf der Oberseite (9) des Halbleiterchips (8) und Gateaußenkontakt (G) ein bondbares Verbindungselement (19) vorzugsweise mindestens ein Bonddraht (20) ist.
  4. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) ein hochspannungsfestes Leistungshalbleiterbauteil ist.
  5. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (8) ein vertikaler MOSFET ist.
  6. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (8) ein Kompensationshalbleiterbauteil, vorzugsweise ein „CoolMOS" ist.
  7. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (13) mit seiner Aussparung (16) auf seiner Unterseite (14) den Halbleiterchip (8) auf mindestens zwei gegenüberliegenden Randseiten umschließt.
  8. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (13) ein stranggezogenes Profilblech aufweist.
  9. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (13) einen Profilblechstreifen mit Ausschnitt (23) für die Gatekontaktfläche (11) auf der Oberseite (9) des Halbleiterchips (8) aufweist.
  10. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (13) Kupfer- oder eine Kupferlegierung aufweist.
  11. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (13) in Teilbereichen oxidationsresistente und korrosionsresistente Beschichtungen aufweist.
  12. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (13) Aluminium- oder eine Aluminiumlegierung aufweist.
  13. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) eine Kunststoffgehäusemasse (24) aufweist, in welche der Halbleiterchip (8) und teilweise der Kühlkörper (13), sowie teilweise die Außenkontakte (2 bis 5) eingebettet sind, aufweist.
  14. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) eine Keramikmasse aufweist, in welche der Halbleiterchip (8) und teilweise der Kühlkörper (13), sowie teilweise die Außenkontakte (2 bis 5) eingebettet sind, aufweist.
  15. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächen des Kühlkörpers (13) die in eine Kunststoffgehäusemasse (24) eingebettet sind, eine haftvermittelnde Beschichtung aufweisen.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (1) mit oberflächenmontierbaren flächigen Außenkontakten (2 bis 5), wobei das Verfahren nachfolgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen einer flächigen Anordnung von Außenkontakten (2 bis 5) für das oberflächenmontierbare Halbleiterbauteil (1) in einem Flachleiterrahmen; – Herstellen eines Halbleiterchips (8), wobei die Oberseite (9) des Halbleiterchips (8) eine Sourcekontaktfläche (10) und eine Gatekontaktfläche (11) und die Rückseite (12) des Halbleiterchips (8) eine Drainkontaktfläche aufweist; – Fixieren des Halbleiterchips (8) mit seiner Drainkontaktfläche auf einem Drainaußenkontakt des Flachleiterrahmens; – Verbinden der Gatekontaktfläche (11) über ein Verbindungselement (19) mit einem Gateaußenkontakt (G); – Herstellen eines Kühlkörpers (13), wobei der Kühlkörper (13) eine Oberseite (14), eine Unterseite (15) und eine Aussparung (16) auf seiner Unterseite (15) für den Halbleiterchip (8) aufweist, – Fixieren des Kühlkörpers (13) mit seiner Unterseite (15) auf mindestens einem Sourceaußenkontakt (S) unter gleichzeitigem Fixieren des Sourcekontaktes (10) des Halbleiterchips (8) in der Aussparung (16) des Kühlkörpers (13); – Einbetten der bisher zusammengebauten Komponenten in eine Gehäusemasse (24), wobei die Oberseite (14) des Kühlkörpers (13) mit der Oberseite (17) des Gehäuses (7) eine koplanare Fläche bildet und die Außenkontakte (2 bis 5) auf der Unterseite (6) des Gehäuses mit ihren Außenkontaktflächen aus der Gehäusemasse (24) herausragen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005027356B4 (de) * 2005-06-13 2007-11-22 Infineon Technologies Ag Halbleiterleistungsbauteilstapel in Flachleitertechnik mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten und ein Verfahren zur Herstellung desselben

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102842548A (zh) * 2012-08-23 2012-12-26 苏州固锝电子股份有限公司 四方扁平型功率mos芯片封装结构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10003671A1 (de) * 1999-01-28 2000-08-10 Hitachi Ltd Halbleiter-Bauelement
WO2000074131A1 (en) * 1999-05-31 2000-12-07 Infineon Technologies A.G. A method of assembling a semiconductor device package
US6198166B1 (en) * 1999-07-01 2001-03-06 Intersil Corporation Power semiconductor mounting package containing ball grid array
US6249041B1 (en) * 1998-06-02 2001-06-19 Siliconix Incorporated IC chip package with directly connected leads
DE10134943A1 (de) * 2001-07-23 2002-10-17 Infineon Technologies Ag Elektronisches Leistungsbauteil mit einem Halbleiterchip
US20030113954A1 (en) * 2000-12-07 2003-06-19 Glenn Thomas P. Method of making a semiconductor package having exposed metal strap
US6630726B1 (en) * 2001-11-07 2003-10-07 Amkor Technology, Inc. Power semiconductor package with strap

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6040626A (en) 1998-09-25 2000-03-21 International Rectifier Corp. Semiconductor package
US6319755B1 (en) * 1999-12-01 2001-11-20 Amkor Technology, Inc. Conductive strap attachment process that allows electrical connector between an integrated circuit die and leadframe
JP3868777B2 (ja) * 2001-09-11 2007-01-17 株式会社東芝 半導体装置
US6566749B1 (en) * 2002-01-15 2003-05-20 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor die package with improved thermal and electrical performance
US6777800B2 (en) * 2002-09-30 2004-08-17 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor die package including drain clip
JP2004349347A (ja) * 2003-05-20 2004-12-09 Rohm Co Ltd 半導体装置
JP4294405B2 (ja) * 2003-07-31 2009-07-15 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6249041B1 (en) * 1998-06-02 2001-06-19 Siliconix Incorporated IC chip package with directly connected leads
DE10003671A1 (de) * 1999-01-28 2000-08-10 Hitachi Ltd Halbleiter-Bauelement
WO2000074131A1 (en) * 1999-05-31 2000-12-07 Infineon Technologies A.G. A method of assembling a semiconductor device package
US6198166B1 (en) * 1999-07-01 2001-03-06 Intersil Corporation Power semiconductor mounting package containing ball grid array
US20030113954A1 (en) * 2000-12-07 2003-06-19 Glenn Thomas P. Method of making a semiconductor package having exposed metal strap
DE10134943A1 (de) * 2001-07-23 2002-10-17 Infineon Technologies Ag Elektronisches Leistungsbauteil mit einem Halbleiterchip
US6630726B1 (en) * 2001-11-07 2003-10-07 Amkor Technology, Inc. Power semiconductor package with strap

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005027356B4 (de) * 2005-06-13 2007-11-22 Infineon Technologies Ag Halbleiterleistungsbauteilstapel in Flachleitertechnik mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten und ein Verfahren zur Herstellung desselben

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