DE102005011652A1 - Semiconductor component production, especially for power semiconductor technology, requires forming through-apertures in masking layer at regions over identified contact surfaces - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnik, insbesondere der Leistungshalbleitertechnik und der Herstellung von Leistungshalbleitermodulen, und betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements.The Invention is in the field of semiconductor technology, in particular the power semiconductor technology and the production of power semiconductor modules, and relates to a method of manufacturing a semiconductor device.
Leistungshalbleiterbauelemente weisen üblicherweise ein Substrat auf, auf dem ein oder mehrere Leistungshalbleiter (mit diesem Begriff sind die eigentlichen Chips gemeint) angeordnet, z.B. aufgelötet sind. Diese Lötverbindung kann die als Anschluss dienende Rückseite des Chips mit einer Leiterschicht auf dem Substrat elektrisch verbinden, so dass auf diese Weise ein Chip-Anschluss elektrisch kontaktiert ist. Weitere – je nach Design und Funktion des Chips – vorhandene bzw. erforderliche elektrische Anschlüsse sind üblicherweise auf der Chipvorderseite in Form von Anschlussflächen (auch "Pads" genannt) ausgebildet. Diese können über Bonddrähte mit stromzu- oder abführenden Leiterbahnen auf dem Substrat verbunden sein.Power semiconductor components usually a substrate on which one or more power semiconductors (with this term means the actual chips), e.g. soldered are. This solder connection Can the serving as a connection back of the chip with a Conductor layer on the substrate electrically connect, so that on this Way a chip terminal is electrically contacted. Others - depending on Design and function of the chip - existing or required electrical connections are usually on the chip front in the form of connection surfaces (also called "pads") formed. These can be connected via bonding wires upstream or downstream Conductor tracks to be connected to the substrate.
Die über die Bonddrähte geführten Ströme sollen sich möglichst gleichmäßig auf der jeweiligen Anschlussfläche verteilen. Dazu ist eine relativ dicke und damit fertigungstechnisch aufwendige Metallisierung der Anschlussflächen erforderlich. Außerdem ist die Anzahl der Bonddrähte pro Anschlussfläche und damit die Stromtragfähigkeit begrenzt. Zudem ist – um eine zuverlässige Bonddrahtverbindung zu gewährleisten – eine relativ starke Bonddrahtverformung erforderlich, die aber andererseits eine starke mechanische Belastung des Halbleiterchips darstellt.The over the Bond wires out Currents should as possible evenly the respective connection surface to distribute. This is a relatively thick and therefore manufacturing technology elaborate metallization of the pads required. In addition, the Number of bonding wires per connection area and thus the current carrying capacity limited. In addition is - to a reliable one To ensure bonding wire connection - a relative strong bond wire deformation required, but on the other hand a represents strong mechanical stress of the semiconductor chip.
Vor
diesem Hintergrund wird in der
Nach Belichtung der Schicht und anschließendem Entwickeln werden die nicht belichteten Bereiche entfernt, so dass dort gewünschte Durchgangsöffnungen entstehen (sog. negative Belichtung). Anschließend wird auf der maskenbildenden Schicht mindestens eine Leiterschicht aufgebracht, die durch die Durchgangsöffnungen bis zu den Anschlussstellen dringt.To Exposure of the layer and subsequent development are the removed unexposed areas, so that there are desired through openings arise (so-called negative exposure). Subsequently, on the mask-forming layer at least one conductor layer applied through the through holes penetrates to the connection points.
Allerdings können sich Bauteil- und vor allem Lagetoleranzen negativ auf die Qualität bzw. die Leistungsfähigkeit des Leistungshalbleitermoduls auswirken. Bei üblichen Montageverfahren (wie z.B. dem Weichlöten) ergeben sich Positionsabweichungen der Halbleiterchips. Insbesondere bei der eingangs beschriebenen, weit verbreiteten und fertigungstechnisch einfachen Auflötung der Halbleiterchips "schwimmen" diese auf der Lotschicht, wodurch sich Lagevariationen von 0,5 mm und mehr ergeben können. Deshalb müssen – um Kurzschlüsse zu vermeiden – die Durchgangsöffnungen entsprechend kleiner als die Anschlussflächen bemessen werden. Dadurch steht aber tatsächlich zur Kontaktierung nicht mehr die gesamte Anschlussfläche zur Verfügung. Dies vermindert auch die Leistungsfähigkeit der Leiterschicht als effektive Wärmekapazität, weil sich durch die eingeschränkte Ausnutzung der Anschlussflächen als Wärmeübergangsflächen ein erhöhter Wärmeübergangswiderstand ergibt.Indeed can Component and especially position tolerances negatively on the quality or the capacity of the power semiconductor module. In usual assembly procedures (such e.g. soft soldering) result position deviations of the semiconductor chips. Especially at the beginning described, widely used and manufacturing technology simple soldering the semiconductor chips "float" on the solder layer, whereby positional variations of 0.5 mm and more can result. Therefore - to avoid short circuits - the through holes be sized smaller than the pads. Thereby but is actually to contact no longer the entire pad for Available. This also reduces the performance the conductor layer as effective heat capacity, because of the limited utilization the connection surfaces as heat transfer surfaces increased Thermal resistance results.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Herstellungsverfahren für ein niederinduktives Halbleiterbauelement anzugeben, mit dem unter Verwendung bewährter Massenfertigungsschritte die auf den Chips bzw. dem Substrat vorhandenen Anschlussflächen maximal und effektiv nutzbar sind.task Therefore, the present invention is a production method for a to specify low-inductance semiconductor device, with the use of good Mass production steps the existing on the chips or the substrate pads maximum and effectively usable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a A method according to claim 1 solved.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die tatsächliche Lage der Anschlussflächen eines oder mehrerer Halbleiterchips nach Montage der Halbleiterchips auf dem Substrat und damit auch deren relative Lage zu einander und zu ggf. auf dem Substrat ausgebildeten Anschlussflächen zu bestimmen. Danach können dann sehr genau die korrekten und optimalen Positionen der zu bildenden Durchgangsöffnungen bestimmt werden.One An essential aspect of the present invention is that actual Location of the connection surfaces one or more semiconductor chips after mounting the semiconductor chips on the substrate and thus also their relative position to each other and to optionally formed on the substrate pads determine. After that you can then very exactly the correct and optimal positions of the to be formed Through openings be determined.
Ein wesentlicher Vorteil besteht somit darin, dass jeweils die maximal mögliche Größe der Durchgangsöffnungen zur Kontaktierung und Wärmeleitung mit bzw. zu der Leiterschicht zur Verfügung steht. Mit anderen Worten: Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jeweils die gesamte vorhandene Anschlussfläche ausgenutzt werden.One The main advantage is therefore that in each case the maximum possible Size of the passage openings for contacting and heat conduction with or to the conductor layer is available. In other words: With the method according to the invention in each case the entire existing connection surface can be exploited.
Da somit eine größere Maß- und Montagetoleranz besteht, können zur Montage der Halbleiterchips bewährte und wegen ihrer Toleranzen preisgünstige Montageverfahren und Bauteile verwendet werden.There thus a greater dimensional and assembly tolerance exists, can proven for mounting the semiconductor chips and because of their tolerances affordable Assembly methods and components are used.
Die
Leiterschicht kann bevorzugt aus Kupfer bestehen, für dessen
Aufbringung sich aus der Leiterplattentechnologie bekannte und bewährte Verfahren
eignen. Grundsätzlich
ist aber eine Vielzahl von leitenden Materialien für die Herstellung
der Leiterschicht verwendbar. Dazu kann die Maskenoberfläche wie
in der
Die maskenbildende Schicht kann entweder selbst als Isolierschicht fungieren oder aber zur Strukturierung einer darunter aufgebrachten, aus fotochemisch unempfindlichem Material bestehenden Isolierschicht dienen.The Mask-forming layer can either act as an insulating layer itself or structurally an applied, photochemically insensitive material existing insulating layer serve.
Es ist denkbar, die tatsächliche Lage der Kontaktflächen bzw. der Halbleiterchips relativ zueinander und/oder auf dem Substrat durch mechanisch abtastende Verfahren zu ermitteln. Von dem dabei aber notwendigen mechanischen Kontakt zwischen Messinstrument und Chip geht eine Gefahr für die empfindlichen Sägekanten des Chips aus. Es ist deshalb nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die tatsächlichen Positionen der Anschlussflächen mit einem Bilderkennungsverfahren bestimmt werden.It is conceivable, the actual Location of the contact surfaces or the semiconductor chips relative to each other and / or on the substrate to be determined by mechanically scanning methods. Of that, though necessary mechanical contact between meter and chip is a danger for the delicate saw edges of the chip. It is therefore according to an advantageous embodiment the invention provides that the actual positions of the pads with an image recognition method.
Sowohl zur Herstellung der Maske als auch zur Bildung der Leiterschicht können für sich genommen bekannte Fertigungsverfahren verwendet werden. So kann als Substrat besonders vorteilhaft ein DCB (Direct Copper Bonding)-Substrat verwendet werden, das zumindest auf einer seiner Außenflächen eine Kupferbeschichtung aufweist, mit der die Rückseiten der Halbleiterchips elektrisch verbunden werden können.Either for the production of the mask as well as for the formation of the conductor layer can for themselves taken known manufacturing processes are used. So can As a substrate particularly advantageous a DCB (Direct Copper Bonding) substrate be used on at least one of its outer surfaces Copper coating, with which the backs of the semiconductor chips can be electrically connected.
Nach Montage der Halbleiterchips kann zur Ausbildung der maskenbildenden ein photoempfindliches Material aufgebracht werden, das z.B. durch Schleudern gleichmäßig auf den Halbleiterchips und/oder dem Substrat verteilt wird.To Assembly of the semiconductor chips can be used to form the mask-forming a photosensitive material, e.g. by flinging evenly the semiconductor chips and / or the substrate is distributed.
Nach einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung wird das als Schicht aufgebrachte photoempfindliche Material lokal belichtet, um Bereiche, in denen die Durchgangsöffnungen durch selektives Entfernen der Schicht ausgebildet werden sollen, von den übrigen Bereichen der Schicht zu differenzieren. Je nach für die Schicht verwendetem Material kommt hierbei das grundsätzlich bekannte "Positiv -Lack"-Prinzip oder das "Negativ-Lack"-Prinzip zur Anwendung.To An advantageous development of the invention is as a layer applied photosensitive material exposed locally to areas, in which the passage openings to be formed by selectively removing the layer, from the rest Differentiate between areas of the shift. Depending on the layer used material here is the principle known "positive-paint" principle or the "negative-paint" principle for use.
Bei Verwendung eines "Positiv-Lacks" werden nach dem Entwickeln des Lacks die Stellen entfernt, die belichtet worden sind. Bei einem "Negativ-Lack" werden dagegen die nicht belichteten Schichtbereiche nach dem Entwickeln entfernt. Bei einem "Negativ-Lack" ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, bei der die lokale Belichtung durch Bestrahlung durch Blenden realisiert wird. Dabei kann die Prozesszeit dadurch vermindert werden, dass eine adaptive Belichtungsmaske oder ein Patterngenerator verwendet wird.at Use of a "positive varnish" after the Developing the paint removes the spots that have been exposed are. With a "negative varnish", however, the unexposed layer areas removed after development. In a "negative-paint" is an embodiment advantageous in the invention, in which the local exposure by irradiation is realized by aperture. The process time can thereby be reduced, that an adaptive exposure mask or a Pattern generator is used.
Bei Verwendung eines "Positiv-Lacks" wird bevorzugt die lokale Belichtung durch eine schreibende oder musterbildende Belichtungsquellerealisiert. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der weitaus größere Anteil des als maskenbildende Schicht verwendeten Lackes erhalten beleiben soll, und somit nur die zu entfernenden Bereiche der Schicht (positiv) belichtet werden müssen.at Use of a "positive varnish" is preferred local exposure realized by a writing or patterning exposure source. This is advantageous because the much larger proportion the varnish used as the mask-forming layer has been preserved should, and thus only the areas of the layer to be removed (positive) have to be exposed.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bildung der maskenbildenden und/oder isolierenden Schicht mittels "Negativ-Lack" Fotoimid verwendet. Die aus Fotoimid gebildete Schicht kann nach dem Entwickeln und einem nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt (Tempern), dem so genannten Zyklisieren, besonders vorteilhaft unmittelbar als Isolationsschicht dienen, weil Imide sehr hohe elektrische Feldstärken von mehr als 1MV/cm als Dauerbelastung verkraften. Über die Viskosität und die Parameter beim Auftragen – z.B. der Drehzahl beim Aufschleudern des Lackes, insbesondere des Imids – kann die Schichtdicke beeinflusst werden. Damit können die Schichtdicken zwischen Leiterbahnen und den Chips grundsätzlich größer ausgebildet werden, so dass sich ein nivellierender Effekt ergibt. Dies wirkt sich positiv auf die später darüber ausgebildete Leiterschicht aus, weil diese von stärkeren Querschnittsänderungen und erhöhten Stromdichten verschont bleibt.To A preferred embodiment of the invention is used to form the mask-forming and / or insulating layer using "negative varnish" Fotoimid used. The layer formed from Fotoimid can after developing and a subsequent heat treatment step (Annealing), the so-called cyclization, particularly advantageous immediately serve as an insulating layer, because Imide very high electric field strengths of more than 1MV / cm as a continuous load. About the viscosity and the Parameters during application - e.g. the speed of spin coating the paint, in particular the imide - can Layer thickness can be influenced. This allows the layer thicknesses between conductor tracks and the chips basically formed larger so that a leveling effect results. This works be positive on the later about that trained conductor layer, because of stronger cross-sectional changes and increased current densities spared.
Nach einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die maskenbildende und/oder isolierende Schicht durch ein selektiv auftragendes Verfahren unter Aussparung der Bereiche, in denen die Durchgangsöffnungen ausgebildet werden sollen, bereits strukturiert aufgebracht wird. Auch hierbei wirkt die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Erkennung der tatsächlichen Lage der Anschlussflächen ("Pads") optimierend, weil in Kenntnis der Pad-Positionen das Auftragen des Schichtmaterials unter genauer Aussparung des Pads erfolgen kann. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, dass bei Änderungen z.B. des Chip-Layouts, der Pad-Anordnung auf dem Chip oder der Bestückung keine Änderung der Fertigungs-Hardware erforderlich ist, sondern die Anpassung beim Auftragen der Schicht durch entsprechende Änderung der Steuerung bzw. der Steuerungssoftware erfolgen kann.To an alternative embodiment of the method according to the invention is provided that the mask-forming and / or insulating layer by a selectively applying process with the exception of the areas in which the passage openings be formed, is already applied structured. Here, too, the recognition provided by the method according to the invention acts the actual Location of the connection surfaces ("Pads") optimizing, because knowing the pad positions, the application of the layer material below exact recess of the pad can be done. In this embodiment the method according to the invention it is particularly advantageous that in the case of changes, e.g. the chip layout, the pad assembly on the chip or the assembly no change in the Manufacturing hardware is required, but the adaptation when Applying the layer by appropriate change of the control or the control software can be done.
Bevorzugt wird die maskenbildende und/oder isolierende Schicht durch tröpfchenweisen Auftrag erzeugt. Dazu kann das so genannte Inkjet-Verfahren (ein bedarfsweises Herausschleu dern von Tröpfchen aus einer Düse in Richtung auf ein Substrat) dienen. Bevorzugt wird dabei mit statisch geladenen Flüssigkeitströpfchen gearbeitet, die durch elektrische Felder abgelenkt und somit unter sehr präziser Tröpfchenmusterbildung aufgebracht werden können.Prefers becomes the mask-forming and / or insulating layer by droplets order generated. For this purpose, the so-called inkjet method (an on-demand Extraction of droplets from a nozzle towards a substrate). Preference is given here with statically charged Worked liquid droplets, deflected by electric fields and thus with very precise droplet pattern formation can be applied.
Um eine vollständig isolierende Wirkung durch die maskenbildende Schicht zu gewährleisten wird die Tröpfchengröße bevorzugt so eingestellt, dass die aufgetragenen Tröpfchen überlappen.Around a complete one insulating effect is ensured by the mask-forming layer the droplet size is preferred adjusted so that the applied droplets overlap.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt dadurch weiter ausgestaltet werden, dass vor dem Aufbringen der maskenbildenden Schicht eine Schicht aus einem haftvermittelnden und/oder aus einem isolierenden Material aufgebracht wird. Dazu eigenen sich besonders bevorzugt SiO2 oder Si3N4 oder eine Hexamethyldisilazan-Schicht. Die Haftung der maskenbildenden und/oder isolierenden organischen Schicht wird auf polare oder unpolare Substratmaterialien optimiert. Durch Verwendung von beispielsweise Hexamethyldisilazan lässt sich eine polare Oberfläche wie zum Beispiel Aluminiumoxid in eine unpolare Oberfläche umwandeln, auf der dann maskenbildende Schichten sehr gut haften, die für unpolare Oberflächen sehr gut geeignet sind. Alternativ können Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid als polare Haftvermittler verwendet werden, wenn eine maskenbildende Schicht verwendet werden soll, die gut auf polaren Oberflächen haftet. Alternativ oder ergänzend kann auch die zu beschichtende Oberseite zur Haftvermittlung mit einem Lösungsmittel befeuchtet werden.The method according to the invention can preferably be further developed by applying a layer of an adhesion-promoting and / or of an insulating material before the application of the mask-forming layer. SiO 2 or Si 3 N 4 or a hexamethyldisilazane layer are particularly preferred for this purpose. The adhesion of the mask-forming and / or insulating organic layer is optimized for polar or nonpolar substrate materials. By using, for example, hexamethyldisilazane, a polar surface such as aluminum oxide can be converted into a non-polar surface on which then mask-forming layers adhere very well, which are very well suited for non-polar surfaces. Alternatively, silicon dioxide or silicon nitride may be used as polar primers if a mask-forming layer is to be used which adheres well to polar surfaces. Alternatively or additionally, the top side to be coated can also be moistened with a solvent to promote adhesion.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to the figures in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows:
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird zunächst
unter Bezugnahme auf die
In
einem ersten Fertigungsschritt F1 (
Deshalb
ist in einem weiteren Fertigungsschritt F3 vorgesehen, dass die
tatsächliche
Lage der Chips bzw. der Anschluss flächen – beispielsweise durch ein
optisches Lageerkennungssystem – bestimmt
wird. Dazu können
hochpräzise
Bilderkennungsverfahren herangezogen werden, die die Konturen der
Chips und vor allem von deren Anschlussflächen bzw. entsprechenden Anschlussflächen auf dem
Substrat
Anschließend wird
eine Hexamethyldisilazan-Schicht als Haftvermittlerschicht
Diese
Schicht
Die
Haftvermittlerschicht
Bei dem dazu inversen Prinzip – d.h. bei "positiver Belichtung" – würden nach Aufbringung eines entsprechenden "Positiv-Lacks" nur die Stellen oder Bereiche belichtet, die entfernt werden sollen. Mit anderen Worten: Hier bilden die nicht belichteten Bereiche nach dem Entwicklungsprozess die verbleibende Maske. Diese Methode eignet sich besonders bei Anwendung einer schreibenden Belichtung, mit der z.B. zeilenweise der zu belichtende Bereich von einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, überstrichen wird oder eine Belichtung über eine Maske oder einen Pufferngenerator durchgeführt wird.With the inverse principle - ie with "po positive exposure "- would only expose the areas or areas that are to be removed after applying a corresponding" positive varnish ", in other words: Here the unexposed areas form the remaining mask after the development process This method is particularly suitable for use a writing exposure with which, for example, line by line, the area to be exposed is swept by a light source, preferably a laser, or an exposure is performed via a mask or a buffer generator.
Anschließend wird
auf der Oberseite
Diese
Fortsätze
bilden so Leitungen, die integrale Bestandteile der Leiterschicht
Die verwendeten Lacke sollten elektrisch gut isolierend sein oder eine gute Ätzresistenz für darunter liegende isolierende Schichten bilden.The used paints should be good electrical insulating or one good etch resistance for underneath form lying insulating layers.
- F1 ... F9F1 ... F9
- Fertigungsschrittemanufacturing steps
- L1,L2L1, L2
- Lagelocation
- 11
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 22
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 33
- Substrat (DCB)substratum (DCB)
- 55
- Oberseitetop
- 66
- Kupferbeschichtungcopper coating
- 88th
- maskenbildende Schichtmask forming layer
- 99
- Kupferbeschichtungcopper coating
- 1010
- Maskierungmasking
- 1212
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 1313
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 1414
- Metallschichtmetal layer
- 14a14a
- Fortsatzextension
- 14b14b
- Fortsatzextension
- 1616
- Leiterschichtconductor layer
- 1818
- Anschlussflächeterminal area
- 1919
- Anschlussflächeterminal area
- 4040
- Lackvorratlacquer storage
- 4141
- Pumpepump
- 4242
- Druckreglerpressure regulator
- 4343
- Düsejet
- 4545
- Tröpfchendroplet
- 4646
- Ladeelektrodecharging electrode
- 4747
- Ablenkspannungdeflection
- 4848
- Ablenkplattenbaffles
- 4949
- Substratsubstratum
- 5050
- Tröpfchendroplet
- 5151
- Maskenbereichmask area
- 5252
- Deckschichttopcoat
- 5353
- StellenPut
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005011652A DE102005011652B4 (en) | 2005-03-14 | 2005-03-14 | Method for producing a semiconductor component |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102005011652A DE102005011652B4 (en) | 2005-03-14 | 2005-03-14 | Method for producing a semiconductor component |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE102005011652A1 true DE102005011652A1 (en) | 2007-02-01 |
DE102005011652B4 DE102005011652B4 (en) | 2007-06-14 |
Family
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DE102005011652A Expired - Fee Related DE102005011652B4 (en) | 2005-03-14 | 2005-03-14 | Method for producing a semiconductor component |
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DE (1) | DE102005011652B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012200532A1 (en) * | 2012-01-16 | 2013-07-18 | Robert Bosch Gmbh | Method for manufacturing e.g. MOSFET, involves forming insulating substrate by spraying insulative material on exposed surface portions of chip and contact carrier device that remains uncovered by insulative material |
Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20020077720A1 (en) * | 1999-05-27 | 2002-06-20 | James D. Kafka | Quasi-continuous wave lithography apparatus and method |
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DE10320877A1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-12-09 | eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH | Semiconductor component and method for producing a semiconductor component |
-
2005
- 2005-03-14 DE DE102005011652A patent/DE102005011652B4/en not_active Expired - Fee Related
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