DE102005018941B4

DE102005018941B4 - Halbleiterbauteil in einem Standardgehäuse und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102005018941B4
Application number: DE102005018941A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Otembra
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2025-04-23
Also published as: US7615852B2; US20060255362A1; DE102005018941A1

Abstract

Halbleiterbauteil in einem Standardgehäuse (27), das mehrere Außenanschlüsse (1–20) in Flachleitertechnik aufweist, wobei zwischen benachbarten Außenanschlüssen (1–20) für gleiche Versorgungspotentiale oder für gleiche Signale mechanisch versteifende und die Außenanschlüsse (1–20) elektrisch verbindende Flachleiterstege (28) außerhalb des Standardgehäuses (27) angeordnet sind, wobei mehrere Flachleiterstege (28) zwischen zwei elektrisch zu verbindenden Außenanschlüssen (1–20) vorgesehen sind und wobei die Flachleiterstege (28) außerhalb des Standardgehäuses (27) beabstandet zu einem Kunststoffgehäuserand (32) zwischen benachbarten Außenanschlüssen (1–20) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil in einem Standardgehäuse, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauteil, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein Großteil der elektronischen Halbleiterbauteile wird in derartigen Standardgehäusen mit Außenanschlüssen für eine externe Kontaktierung hergestellt. Diese Außenanschlüsse bzw. Beinchen werden während der externen Kontaktierung und beim Betrieb der Halbleiterbauteile hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche durch die Geometrie der Standardgehäuse sowie durch die Verankerung der Außenanschlüsse in dem Standardgehäuse kompensiert werden. Sind derartige Belastungen zu hoch, können die Außenanschlüsse aus dem Gehäuse herausgerissen werden, womit die Funktion des gesamten Halbleiterbauteils nicht mehr gewährleistet ist. Außerdem können über die Außenanschlüsse große Kräfte und Momente in das Gehäuseinnere übertragen werden, wobei Beschädigungen der inneren Verbindungselemente und/oder des im Inneren angeordneten Halbleiterchips erfolgen können.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass der Querschnitt der Außenanschlüsse erhöht wird und damit die Robustheit der Außenanschlüsse verbessert wird. Das hat jedoch den Nachteil, dass die standardisierten Montagedimensionen nicht mehr eingehalten werden können und damit sowohl die interne als auch die externe Halbleiterbauteilmontage teurer wird. Zudem führt die Veränderung der Außenanschlussgeometrie zu größeren Kräften und Momenten bei den Bauelementen mit kun denspezifischen Abwinklungen der Außenanschlüsse. Derartige kundenspezifische Abwinklungen werden nämlich nachträglich an den Außenanschlüssen vorgenommen, so dass bei verstärkten Querschnitten der Außenanschlüsse auch verstärkte Momente auf die Einspannung im Gehäuse ausgeübt werden.
Aus der Druckschrift US 6 307 272 B1 ist ein Halbleiterbauteil in einem Standardgehäuse bekannt, das mehrere, die Außenanschlüsse elektrisch verbindende Flachleiterstege aufweist.
Aus der Druckschrift WO 2005 017 994 A1 ist ein Halbleiterbauteil mit einem Trägerrahmen bekannt, welcher einen Auflager- und einen Bondbereich umfasst.
Aus der Druckschrift DE 103 03 933 A1 ist ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, einem Gehäuse und aus dem Gehäuse herausragenden Anschlussbeinen bekannt.
Aus der Druckschrift DE 101 22 191 A1 ist ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einem in einem Gehäuse integrierten Halbleiterkörper bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil zu schaffen, das ein Standardgehäuse mit mehreren Außenanschlüssen in Flachleitertechnik aufweist, wobei die mechanische und elektrische Belastbarkeit der Außenanschlüsse erhöht ist, ohne den Querschnitt und damit die Geometrie der Außenanschlüsse zu verändern.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil in einem Standardgehäuse geschaffen, das mehrere Außenanschlüsse in Flachleitertechnik aufweist. Dabei sind zwischen benachbarten Außenanschlüssen für gleiche Versorgungspotentiale oder für gleiche Signale mechanisch versteifende und die Außenanschlüsse elektrisch verbindende Flachleiterstege außerhalb des Standardgehäuses angeordnet.
Dieses Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass die Außenanschlussrobustheit dadurch verbessert wird, dass mehrere gleichpolige Außenanschlüsse über externe Flachleiterstege verbunden sind. Somit sind diese durch Flachleiterstege verstrebten Außenanschlüsse robuster gegenüber mechanischen Belastungen während des Betriebs und können dennoch mit den heute üblichen Verfahrensschritten verarbeitet werden, zumal die standardisierte Außenanschlussgeometrie dort erhalten bleibt, wo die Außenanschlüsse zur externen Kontaktierung eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Flachleiterstege, welche benachbarte gleichpolige Außenanschlüsse mechanisch miteinander verbinden, die gleiche Materialdicke auf, wie die Außenanschlüsse in Flachleitertechnik. Das hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Flachleiterrahmens die Flachleiterstege nicht extra stoffschlüssig zwischen den benachbarten Außenanschlüssen montiert werden müssen, sondern es kann die gleiche Kupferblechplatte, die für die Flachleiterrahmen zur Verfügung gestellt wird, auch für die Flachleiterstege eingesetzt werden. Lediglich das Stanzwerkzeug, das aus einer Kupferblechplatte den Flachleiterrahmen stanzt, ist an das neue Design, das zwischen den Außenanschlüssen Flachleiterstege vorsieht, anzupassen.
Dazu sind die Flachleiterstege außerhalb des Standardgehäuses vorgesehen, wobei bereits von außen zu erkennen ist, dass Flachleiterstege zwischen den Außenanschlüssen zusätzlich positioniert sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Flachleiterstege in ihrer Längserstreckung gegenüber der Längserstreckung von mechanischen Verbindungsstegen zwischen Außenanschlüssen des Flachleiterrahmens (Außenflachleitern) eines Standardflachleiterrahmens vergrößert. Unter mechanischen Verbindungsstegen wird hier die mechanische Verbindung zwischen den einzelnen Außenanschlüssen verstanden, die bei einem Flachleiterrahmen vorgesehen sind, um während des Moldverfahrens die Außenanschlüsse in präziser geometrischer Anordnung zueinander zu halten, wobei diese Verbin dungsstege nach dem Molden und Vereinzeln zu einzelnen Halbleiterbauteilen in einem speziellen Stanzsschritt durchtrennt werden. Diese Verbindungsstege haben eine minimale Längserstreckung, die gerade ausreicht, um die Außenanschlüsse während des Moldverfahrens in Position zu halten. Bei gleichpolig benachbarten Außenanschlüssen ist es somit von Vorteil, diese bereits vorhandenen Verbindungsstege nun als Flachleiterstege zwischen den benachbarten gleichpoligen Außenanschlüssen beizubehalten und nicht auszustanzen bzw. zu durchtrennen.
Auch in diesem Fall ist es erforderlich, dass das spezielle Stanzwerkzeug, welches die Halbleiterbauteile bzw. die Außenanschlüsse voneinander trennt, entsprechend geändert oder angepasst wird. Dieses ist jedoch vom Gesamtaufwand geringer, da nur einzelne Stanznasen aus dem Werkzeug entfernt werden müssen. Bei der oben erwähnten Vergrößerung der Längserstreckung der Flachleiterstege gegenüber den im Flachleiter sowieso vorgesehenen mechanischen Verbindungsstegen ist das Stanzwerkzeug, das den Flachleiterrahmen herstellt, zu ändern. Auch diese Anpassung eines Stanzwerkzeugs ist mit geringeren Kosten verbunden als eine Änderung der Norm mit standardisierter Geometrie der Außenanschlüsse in der Flachleitertechnik.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Flachleiterstege zwischen zwei elektrisch zu verbindenden Außenanschlüssen vorgesehen. In diesem Fall wird eine Verstrebung aus mehreren Flachleiterstegen bereitgestellt, welche die Formstabilität der Außenanschlüsse bzw. der Außenflachleiter, welche über die Flachleiterstege miteinander verbunden sind, verbessert.
Gemäß der Erfindung sind keine Flachleiterstege innerhalb des Gehäuses vorgesehen, sondern die Flachleiterstege sind außerhalb des Standardgehäuses beabstandet zu einem Kunststoffgehäuserand zwischen benachbarten gleichpoligen Außenanschlüssen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass diese Änderung ohne Eingriff in die Standardgehäusemasse jederzeit von außen erkennbar ist, so dass eine Montageüberwachung möglich ist, um zu vermeiden, dass gleichpolige, über Flachleiterstege verbundene Außenanschlüsse bei der Endmontage auf unterschiedliche Potentiale gelegt werden. Außerdem kann über die Geometrie der Flachleiterstege ein Mindestabstand des Halbleiterbauteilgehäuses von der übergeordneten Platine, auf der das Halbleiterbauteil fixiert wird, definiert und eingehalten werden. Dabei dienen die Flachleiterstege gleichzeitig als Montageanschläge.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Außenanschlüsse beabstandet von einem Kunststoffgehäuserand eine Abwinklung auf, wobei die Flachleiterstege benachbart zu dem Kunststoffgehäuserand angeordnet sind und ihrerseits von der Abwinklung der Außenanschlüsse beabstandet bleiben. Dieses hat den Vorteil, dass unabhängig von den Flachleiterstegen die Abwinklungen der Außenanschlüsse vorgenommen werden können und die Flachleiterstege nach wie vor in Flachleitertechnik ausgeführt bleiben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Halbleiterbauteil ein Leistungshalbleiterbauteil mit einer MOSFET-Struktur. Dabei weist der Gateanschluss einen Flachleiter als Außenanschluss auf und der Drainanschluss weist mindestens zwei über einen Flachleitersteg elektrisch verbundene Außenanschlüsse auf, ebenso wie der Sourceanschluss min destens zwei über einen Flachleitersteg elektrisch verbundene Außenanschlüsse aufweist. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass sowohl Gehäuse des Typs T0 220-5 als auch des Typs T0 220-5 sowie Standardgehäuse des Typs T0 220-7 für derartige MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile eingesetzt werden können.
Dazu weist in vorteilhafter Weise das Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip mit einem Leistungs-MOSFET auf, wobei eine Oberseite des Halbleiterchips mindestens einen großflächigen Sourcekontakt besitzt, der bis auf eine Gatekontaktfläche die Oberseite des Halbleiterchips vollständig bedeckt. Auf einer der Oberseite gegenüber liegenden Rückseite weist dieser Leistungs-MOSFET eine Drainkontaktfläche auf, die ihrerseits auf einer Flachleiterinsel des Flachleiterrahmens fixiert ist. Um die Sourcekontaktflächen und die Gatekontaktfläche mit den Außenanschlüssen zu verbinden, weist die Oberseite des Halbleiterchips mehrere Bondstreifen innerhalb des Standardgehäuses zwischen dem Sourcekontakt und den Flachleitern des Sourceaußenanschlusses auf. Die Gatekontaktfläche wird mit einem Außenanschluss über einen einzelnen Bonddraht innerhalb des Standardgehäuses verbunden, da über diesen Bonddraht lediglich Signalströme fließen.
Wird ein derartiger Leistungs-MOSFET in ein Standardgehäuse des Typs T0 220-5 mit seinen Außenanschlüssen 1–5 eingebaut, so sind vorzugsweise die Außenanschlüsse 2 und 3 über einen Flachleitersteg verbunden, und die Außenanschlüsse 4 und 5 sind ebenfalls mit einem derartigen elektrisch verbindenden Flachleitersteg ausgestattet. Dabei wird der einzelne Außenanschluss 1 für den Gateanschluss reserviert, während die verbundenen und benachbarten Außenanschlüsse 2 und 3 den ge meinsamen Drainaußenkontakt bilden und die Außenanschlüsse 4 und 5 den entsprechenden Sourceaußenkontakt bilden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Standardgehäuse der Typ T0 220-5 mit drei abgewinkelten Außenanschlüssen 1, 3 und 5 und zwei weniger stark abgewinkelten Außenanschlüssen 2 und 4 eingesetzt. Da die elektrisch verbindenden und mechanisch stabilisierend wirkenden Flachleiterstege noch vor den Abwinklungen der Außenanschlüsse vorgesehen sind, steht einer nachträglichen kundenspezifischen Abwinklung der Außenanschlüsse in der oben beschriebenen Form nichts im Wege. Anstelle eines Standardgehäuses mit fünf Außenanschlüssen kann für ein derartiges Leistungshalbleiterbauteil auch ein Standardgehäuse des Typs T0 220-7 mit sieben Außenanschlüssen eingesetzt werden. Dabei sind vorzugsweise die Außenanschlüsse 2 und 3 über einen Flachleitersteg verbunden und bilden den Drainaußenkontakt, und die Außenanschlüsse 4, 5, 6 und 7 sind über mehrere Flachleiterstege elektrisch miteinander gekoppelt und bilden den Sourceaußenkontakt während der Außenanschluss 1 für den Gatekontakt reserviert ist.
Es ist jedoch auch möglich, das Prinzip der Erfindung für Halbleiterbauteile in Standardgehäusen einzusetzen, die für integrierte Schaltungen mit 10, 20, 50 oder 100 Außenanschlüssen vorgesehen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Standardgehäuse des Typs P-DIP-20 mit den Außenanschlüssen 1–20 eingesetzt. Dabei werden vorzugsweise die Außenanschlüsse 5 und 6 sowie die gegenüber liegenden Außenanschlüsse 15 und 16 über Flachleiterstege elektrisch miteinander verbunden. An beiden Stellen lassen sich diese zusätzlichen Flachleiterstege sehr einfach in die bestehende Montage integrieren, da nur beim Flachleiterstanz prozess eine geringfügige Modifikation durchzuführen ist. Gleichzeitig können diese Flachleiterstege, wenn sie derart symmetrisch gegenüber liegend angeordnet werden wie in dem letzten Beispiel, als Abstandshalter zwischen der gedruckten übergeordneten Schaltungsplatine und dem Halbleiterbauteil eingesetzt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils in einem Standardgehäuse, das mehrere Außenanschlüsse in Flachleitertechnik aufweist, wobei zwischen benachbarten Außenanschlüssen für gleiche Versorgungspotentiale oder für gleiche Signale mechanisch versteifende und die Außenanschlüsse elektrisch verbindende Flachleiterstege angeordnet sind, wird durch den nachfolgenden Verfahrensschritt gekennzeichnet. Nach dem Herstellen einer Vielzahl von Halbleiterbauteilen in entsprechenden Positionen eines Flachleiterrahmens wird ein Stanzwerkzeug zum Vereinzeln der Halbleiterbauteile eingesetzt, das die mechanischen Verbindungsstege, die standardmäßig zwischen den Außenflachleitern vorgesehen sind, nur zwischen den Außenanschlüssen wegestanzt werden, die nicht miteinander elektrisch verbunden bleiben sollen.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt auf der Hand, da bei dem Vereinzeln der Halbleiterbauteile und beim Vereinzeln der Außenanschlüsse lediglich die Stanznadeln aus dem Stanzwerkzeug entfernt werden müssen, welche für benachbarte gleichpolige Anschlüsse vorgesehen sind. Durch das Weglassen derartiger Stanznadeln können diese Außenanschlüsse versteift und in ihrer Stromtragfähigkeit verbessert werden, da die Verbindungsstege stehen bleiben.
In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird ein Flachleiterrahmen vorbereitet und ausgestanzt, der flächig vergrößerte mechanische Flachleiterstege an den Positionen zwischen Flachleitern, die elektrisch miteinander verbunden werden, aufweist. In diesem Fall ist nicht das Vereinzelungsstanzwerkzeug anzupassen, sondern das Werkzeug, welches den Flachleiterrahmen an sich aus einer Flachleiterplatte, wie einer Kupferblechplatte, ausstanzt. Hier werden bereits im Vorfeld der Herstellung vergrößerte mechanische Flachleiterstege an den Positionen vorgesehen, die später als Außenkontakte verbunden bleiben sollen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Flachleiterrahmens mit sechs Halbleiterbauteilpositionen für Halbleiterbauteile gemäß 1;
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Flachleiterrahmens mit einem aufgebrachten Halbleiterchip und Bondverbindungen für ein Halbleiterbauteil gemäß 1;
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine schematische Seitenansicht des Halbleiterbauteils gemäß 6;
8 zeigt eine schematische Draufsicht eines Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Halbleiterbauteils gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil gemäß 9.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil 21 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Halbleiterbauteil 21 ist ein Leistungshalbleiterbauteil in einem Standardgehäuse 27 des Typs T0 220-5. Dieses standardisierte Gehäuse weist eine Kunststoffgehäusemasse 57 mit den Seitenrändern 59 und 60 und einem oberen Rand 58 sowie einem unteren Kunststoffgehäuserand 32 auf. Aus dem oberen Gehäuserand 58 ragt eine Kühlfahne 55 heraus, die eine Dicke von 1,25 mm und eine Kühlfläche von ungefähr 10 mm × 5 mm besitzt. In der Mitte der Kühlfahne 55 ist eine Montagebohrung 56 angeordnet mit einem Durchmesser von etwa 3,7 mm, die der Befestigung dieses Leistungshalbleiterbauteils auf einem Kühl- oder Masserahmen dient.
Die Kühlfahne 55 ragt in die Kunststoffgehäusemasse 57 hinein, was mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet ist und trägt eine Flachleiterinsel 41, die eine Materialdicke von ungefähr 0,5 mm aufweist und die mit einem Außenanschluss 3 aus dem unteren Gehäuserand 32 herausragt, wobei der Außenanschluss 3 und die Flachleiterinsel 41 die gleiche Materialdicke aufweisen und aus einem gemeinsamen Flachleiterblech, vorzugsweise aus Kupfer gestanzt sind. Unabhängig, d. h. elektrisch getrennt von dem Außenanschluss 3 ragen aus dem unteren Kunststoffgehäuserand 32 die weiteren Außenanschlüsse 1, 2, 4 und 5 heraus, wobei die Außenanschlüsse 2 und 4 in ihrer Längserstreckung kürzer sind als die Außenanschlüsse 1, 3 und 5.
Das fertige Leistungshalbleiterbauteil 21, wie es 1 in der Draufsicht zeigt, weist einen durchtrennten Verbindungssteg der Länge s zwischen dem Außenanschluss 1 und dem Außenanschluss 2 auf und einen durchtrennten Verbindungssteg der Länge s zwischen den Außenanschlüssen 3 und 4. Demgegenüber sind die Verbindungsstege zwischen den Außenanschlüssen 2 und 3 sowie 4 und 5 nicht ausgestanzt und damit nicht durchtrennt, so dass hier Flachleiterstege 28 verbleiben, welche die Außenanschlüsse 2 und 3 bzw. 4 und 5 elektrisch und mechanisch miteinander verbinden. In dieser Ausführungsform der 1 ist die Längserstreckung 1 der Flachleiterstege genauso groß wie die Längserstreckung s der mechanischen Verbindungsstege 29, die durchtrennt sind.
Dadurch wird erreicht, dass einerseits die Außenanschlüsse 2 und 3 trotz des dünnen Flachleitermaterials von 0,5 mm mecha nisch versteift sind und andererseits die Stromtragfähigkeit dieser Anschlüsse vergrößert ist, da sie nun eine doppelte Strombelastung aushalten können. Dementsprechend ist der einzelne Außenanschluss 1 als Flachleiter 30 dem Gateaußenanschluss G zugeordnet, während die durch einen Flachleitersteg 28 verbundenen Außenanschlüsse 2 und 3 den Drainanschluss bilden. Die Außenanschlüsse 4 und 5 sind ebenfalls über einen Flachleitersteg 28 verbunden und bilden den Sourceanschluss für das elektronische Leistungshalbleiterbauteil 21. Die Kunststoffmasse 57 bedeckt eine Fläche von etwa 10 mm × 9 mm und weist eine Dicke von etwa 4,3 mm auf.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Abschnitt eines Flachleiterrahmens 31 mit sechs Halbleiterbauelementpositionen 49–54 für Halbleiterbauteile 21 gemäß 1. In jeder der Bauteilpositionen 49–54 sind die Außenanschlüsse 1, 2, 3, 4 und 5 vorgestanzt und über Verbindungsstege 29 mechanisch miteinander verbunden, wobei der mittlere Außenanschluss 3 zusätzlich über einen Versorgungssteg 61 mit der Flachleiterinsel 41 in jeder der Bauteilpositionen 49–54 in Verbindung steht und die Flachleiterinsel 41 in Position hält. Während die Flachleiter 30 der Außenanschlüsse 1, 2, 3, 4 und 5 mit der Flachleiterinsel 41 aus einem Kupferblech von etwa 0,5 m Dicke gestanzt sind, weist der Flachleiterrahmen 31 zwei Kühlbänder 62 und 63 auf, zwischen denen die Flachleiterstruktur 64 aufgespannt ist. Dabei sind die Flachleiterinseln 41 der Halbleiterbauteilpositionen 49–54 mit den Kühlbändern 62 und 63 über eine Fügenaht 65 stoffschlüssig verbunden. Die Kühlbänder 62 und 63 mit den Kühlfahnen 55 weisen eine Dicke von etwa 1,3 mm auf.
In dieser Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Flachleiterrahmens 31 sind bereits auf den Flachleiterinseln 41 in den Halbleiterbauteilpositionen 49–54 Halbleiterchips 48 in Form von MOSFET-Siliziumchips fixiert. Diese MOSFETs weisen auf ihrer Oberseite eine Gatekontaktfläche 38 und Sourcekontakte 37 auf und besitzen auf ihrer Unterseite, die mit der Flachleiterinsel 41 elektrisch leitend verbunden ist, einen großflächigen Drainkontakt. Somit ist automatisch der Drainkontakt über den Versorgungssteg 61 mit dem Außenanschluss 3 elektrisch verbunden. Um die Kontaktflächen für Gate und Source auf der Oberseite 36 des Halbleiterchips 48 mit entsprechenden inneren Kontaktanschlussflächen 66 zu verbinden, erstrecken sich Bondverbindungen zwischen den Kontaktflächen 37 bzw. 38 zu den Kontaktanschlussflächen 66. Diese Verbindungsstruktur wird mit der nächsten 3 erläutert.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Abschnitt eines Flachleiterrahmens 31 mit einem aufgebrachten Halbleiterchip 48 und Bondverbindungen 42–46. Bei diesem Ausschnitt wird nur eine Halbleiterbauteilposition 49 des Flachleiterrahmens 31 für ein Halbleiterbauteil 21 gezeigt. In dieser Darstellung wurde das Kühlband 63 nur so weit gezeigt, wie es mit der Flachleiterinsel 41 überlappt. Die Flachleiterinsel 41 trägt bereits einen Halbleiterchip 48 mit einer Oberseite 36, auf der hier zwei großflächige Sourcekontakte 37 gezeigt werden, die nahezu die gesamte Oberseite 36 einnehmen, so dass lediglich eine kleine Gatekontaktfläche 38 übrig bleibt, über die der MOSFET gesteuert werden kann.
Die gesamte Rückseite 39 des Halbleiterchips 48 wird von einer Drainkontaktfläche 40 belegt, mit welcher der Halbleiterchip 48 auf der Flachleiterinsel 41 elektrisch leitend fixiert ist. Da die Flachleiterinsel 41 über den Versorgungssteg 61 mit Außenanschluss 3 direkt verbunden ist, bildet dieser Außenanschluss 3 gleichzeitig den Drainanschluss D.
Der Drainanschluss D wird verstärkt durch den Außenanschluss 2 über den Flachleitersteg 28, der zunächst nur mechanisch den Außenanschluss beim Molden in Position hält, jedoch anschließend nach Herstellen des Halbleiterbauteils in der Halbleiterbauteilposition 49 nicht durchtrennt wird, wie es die gestrichelten Linien 67 für den Verbindungssteg 29 zwischen den Außenanschlüssen 1 und 2 andeuten. Dieser Verbindungssteg 29 mit einer Länge s wird nach dem Einbetten des Halbleiterchips 48 mit den Bondverbindungen 42–46 und den Kontaktanschlussflächen 66 in eine Moldmasse durch ein Stanzwerkzeug aufgetrennt.
In dieser Ausführungsform der 3 haben die Flachleiterstege 28, welche zwischen den Außenanschlüssen 2 und 3 bzw. 4 und 5 bestehenbleiben, die gleiche Länge der Längserstreckung 1 wie die Länge der Längserstreckung s des Verbindungsstegs 29. Die Bondverbindungselemente 42–45 können entweder entsprechend dicke Bonddrähte sein oder als Bondstreifen ausgebildet werden. Für die Gateverbindung reicht ein dünner Bonddraht 46 mit einem Durchmesser von etwa 20 μm, während Aluminiumbonddrähte als Bondverbindungselemente 42–45 Durchmesser zwischen 50 μm und 600 μm aufweisen. Sind die Bondverbindungselemente 42–45 als Bondstreifen ausgeführt, so reicht jeweils ein Bondstreifen pro Kontaktanschlussfläche 66 der entsprechenden Sourceaußenanschlüsse 4 bzw. 5.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil 22 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der innere Aufbau dieser Ausführungsform der Erfindung entspricht dem Aufbau wie er bereits in den 1 bis 3 erörtert wurde. Auch hier handelt es sich um ein Standardbauteilgehäuses des Typs P-T0 220-5. Die Außenanschlüsse 1–5 sind nicht abgewinkelt, sondern ragen parallel aus dem Kunst stoffgehäuserand 32 heraus, wobei die Längserstreckung s der durchtrennten Verbindungsstege 29 deutlich geringer ist als die Längserstreckung 1 der Flachleiterstege 28 zwischen den Außenanschlüssen 2 und 3 bzw. 4 und 5. Diese flächig vergrößerten Flachleiterstege 28 ergeben eine höhere mechanische Festigkeit und Robustheit gegenüber den Belastungen bei der Montage sowohl beim Kunden als auch in der Endmontage, beispielsweise beim Ausstanzen der einzelnen Halbleiterbauteile 22 aus den Halbleiterbauteilpositionen eines Flachleiterrahmens. Derartig verlängerte Flachleiterstege 28 müssen jedoch bereits beim Ausstanzen der in 2 gezeigten Flachleiterstruktur 64 berücksichtigt werden und sollten aus Kostengründen nicht nachträglich als Brücke über die Außenanschlüsse 2 und 3 bzw. 4 und 5 gelötet werden.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil 23 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine weitere Variante für das Design der Flachleiterstege 28 realisiert, wobei die Längserstreckung 1 dieser Flachleiterstege zwischen den Außenanschlüssen 2 und 3 bzw. 4 und 5 die dreifache Längserstreckung s der mechanisch zwischenzeitlich aufgetrennten Verbindungsstege 29 ist. Dabei bildet die Unterkante 68 der Flachleiterstege 28 einen Einsteckanschlag, bis zu dem die Außenanschlüsse 1, 2, 3, 4 und 5 in entsprechende Steckkontakte einsteckbar sind.
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil 24 einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Halbleiterbauteil 24 ist ein Leistungshalbleiterbauteil, das in einem Standardgehäuse P-T0 220-5 untergebracht ist. Auch in dieser vierten Ausführungsform der Erfindung ist der Innenaufbau des Leistungshalbleiterbauteils 24 der glei che wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Jedoch weisen die Außenanschlüsse 1, 2, 3, 4 und 5 Abwinklungen 33, 34 und 35 auf. Die erste Abwinklung 33 ist für alle fünf Außenanschlüsse gleichmäßig von dem Kunststoffgehäuserand 32 beabstandet. Die zweite Abwinklung 34 der Außenanschlüsse 1, 3 und 5 unterscheidet sich von der zweiten Abwinklung 35 der Außenanschlüsse 2 und 4 dadurch, dass der Abwinklungsschenkel 69 der Außenanschlüsse 1, 3 und 5 länger ist als der Abwinklungsschenkel 70 der Außenanschlüsse 2 und 4, so dass sich die in 7 gezeigte Seitenansicht ergibt.
7 zeigt eine schematische Seitenansicht des Halbleiterbauteils 24 gemäß 6. Während die Kühlfahnen 55 mit einer Dicke von etwa 2,5 mm mit der Montagebohrung 56, wie sie bereits in den vorhergehenden Figuren gezeigt wird, ausgestattet sind, und auch die Kunststoffgehäusemasse 57 die gleichen Abmessungen wie in den vorhergehenden Figuren zeigt, sind die ursprünglich geraden Außenanschlüsse 1–5 bei dieser Ausführungsform der Erfindung abgewinkelt, wobei unterschiedlich lange Abwinklungsschenkel 69 und 70 dafür sorgen, dass die abgewinkelten Außenanschlüsse räumlich voneinander beabstandet sind. Da die Flachleiterstege 28 zur Verbindung der Sourceaußenkontakte S und der Drainaußenkontakte D noch vor den Abwinklungen 33–35 angeordnet sind, können sie durch ein Nicht-Auftrennen von Verbindungsstegen beim Ausstanzen der Halbleiterbauteile 24 aus einem entsprechenden, hier nicht gezeigten Flachleiterrahmen realisiert werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist somit die Längserstreckung 1 der Flachleiterstege 28 genauso groß wie die Längserstreckung s der Verbindungsstege 29.
8 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil 25 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfin dung. In diesem Fall wurde das Leistungshalbleiterbauteil in einem Standardgehäuse des Typs P-T0 220-5 realisiert, wobei dieser Gehäusetyp sieben Außenanschlüsse mit den Bezugszeichen 1 bis 7 aufweist. Auch dieser Gehäusetyp verfügt über eine Kühlfahne 55 von etwa den gleichen Dimensionen wie in den vorhergehenden Beispielen und über eine Montagebohrung 56 zum Befestigen des Leistungshalbleiterbauteils 25. Auch die Außenmaße der Kunststoffgehäusemasse 57 sind unverändert, jedoch ragen aus dem Kunststoffgehäuserand 32 die oben erwähnten sieben Außenanschlüsse 1–7 heraus. In dieser gezeigten Ausführungsform der Erfindung liegt der Gateaußenanschluss G wieder auf dem Außenanschluss 1 und der Drainanschluss D wird von den Außenanschlüssen 2 und 3 gebildet, während der Sourceanschluss S die Außenanschlüsse 4, 5, 6 und 7 umfasst, die über entsprechend drei Flachleiterstege 28 miteinander verbunden und stabilisiert sind. Dieses ist eine asymmetrische Aufteilung der stromführenden Außenanschlüsse 2 und 3 bzw. 4–7, jedoch sind auch symmetrische Anordnungen denkbar, bei denen der Drainkontakt D die Außenanschlüsse 2, 3 und 4 umfasst und der Sourcekontakt S von den Außenanschlüssen 5, 6 und 7 gebildet wird.
Das Prinzip der Erfindung ist jedoch nicht auf Leistungshalbleiterbauteile beschränkt, sondern kann auch auf andere Gehäusetypen angewandt werden, wie es beispielsweise in den nachfolgenden 9 und 10 gezeigt wird.
9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Halbleiterbauteils 26 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Gehäusetyp P-DIP-20 eingesetzt, wobei in 9 zu sehen ist, dass von den Außenanschlüssen 1–10, die aus einem Kunststoffgehäuserand 32 abgewinkelt herausragen, die Anschlüsse 5 und 6 über einen Flachleitersteg 28 mechanisch und elektrisch verbunden sind, was voraussetzt, dass sie auf gleichem Signalpotential liegen. Die Seitenränder 59 und 60 der Kunststoffgehäusemasse 57 tragen keine Außenanschlüsse. Jedoch ist in der Draufsicht zu sehen, dass dieser Gehäusetyp insgesamt 20 Außenanschlüsse aufweist.
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil 26 gemäß 9. In dieser Draufsicht sind 20 Außenanschlüsse 1–20 zu sehen, von denen, wie oben bereits erwähnt, die Außenanschlüsse 5 und 6 über einen Flachleitersteg 28 elektrisch miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind auf dem oberen Rand 58 der Kunststoffgehäusemasse 57 die Anschlüsse 15 und 16 über einem derartigen Flachleitersteg 28 miteinander mechanisch und elektrische verbunden. Auch hier ist Voraussetzung, dass die verbundenen Außenanschlüsse 15 und 16 auf gleichem Signalpotential oder auf gleichem Versorgungspotential liegen. Der Vorteil ist, dass bereits außen überprüft werden kann, welche Außenanschlüsse 1–20 miteinander gekoppelt sind, so dass eine Prüfung des korrekten Einsatzes dieser Halbleiterbauelemente vereinfacht wird.

1–20: Außenanschluss 1–5
21: Leistungshalbleiterbauteil (1. Ausführungsform)
22: Leistungshalbleiterbauteil (2. Ausführungsform)
23: Leistungshalbleiterbauteil (3. Ausführungsform)
24: Leistungshalbleiterbauteil (4. Ausführungsform)
25: Leistungshalbleiterbauteil (5. Ausführungsform)
26: Leistungshalbleiterbauteil (6. Ausführungsform)
27: Standardgehäuse
28: Flachleitersteg
29: Verbindungssteg (mechanisch)
30: Außenflachleiter
31: Standardflachleiterrahmen bzw. Flachleiterrahmen
32: Kunststoffgehäuserand
33: Abwinklung
34: Abwinklung
35: Abwinklung
36: Oberseite des Halbleiterchips
37: Sourcekontakt
38: Gatekontaktfläche
39: Rückseite des Halbleiterchips
40: Drainkontaktfläche
41: Flachleiterinsel
42: Bondverbindungselement
43: Bondverbindungselement
44: Bondverbindungselement
45: Bondverbindungselement
46: Bonddraht
48: Halbleiterchip
49–54: Halbleiterbauteilposition
55: Kühlfahne bzw. Kühlfläche
56: Montagebohrung
57: Kunststoffgehäusemasse
58: oberer Rand
59: Seitenrand
60: Seitenrand
61: Versorgungssteg
62: Kühlband
63: Kühlband
64: Flachleiterstruktur
65: Fügenaht
66: innere Kontaktanschlussflächen
67: gestrichelte Linie
68: Unterkante
69: Abwinklungsschenkel
70: Abwinklungsschenkel
d: Materialdicke der Flachleiter
D: Drainanschluss
G: Gateanschluss
S: Sourceanschluss
s: Längserstreckung der Verbindungsstege
l: Längserstreckung der Flachleiterstege

Claims

Halbleiterbauteil in einem Standardgehäuse (27), das mehrere Außenanschlüsse (1–20) in Flachleitertechnik aufweist, wobei zwischen benachbarten Außenanschlüssen (1–20) für gleiche Versorgungspotentiale oder für gleiche Signale mechanisch versteifende und die Außenanschlüsse (1–20) elektrisch verbindende Flachleiterstege (28) außerhalb des Standardgehäuses (27) angeordnet sind, wobei mehrere Flachleiterstege (28) zwischen zwei elektrisch zu verbindenden Außenanschlüssen (1–20) vorgesehen sind und wobei die Flachleiterstege (28) außerhalb des Standardgehäuses (27) beabstandet zu einem Kunststoffgehäuserand (32) zwischen benachbarten Außenanschlüssen (1–20) angeordnet sind.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleiterstege (28) die gleiche Materialdicke (d) aufweisen wie die Außenanschlüsse (1–20) in Flachleitertechnik.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleiterstege (28) in ihrer Längserstreckung (1) gegenüber der Längserstreckung (s) von mechanischen Verbindungsstegen (29) zwischen den Außenanschlüssen (1–20) in Flachleitertechnik eines Standardflachleiterrahmens (31) vergrößert sind.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenanschlüsse (1–20) beabstandet von einem Kunststoffgehäuserand (32) eine Abwinklung (33, 34) aufweisen, wobei die Flachleiterstege (28) benachbart zu dem Kunststoffgehäuserand (32) und beabstandet von der Abwinklung (33, 34) der Außenanschlüsse (1–20) angeordnet sind.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (21–25) einen Leistungs-MOSFET aufweist, der einen Gateanschluss (G) mit einem Flachleiter (1) und einen Drainanschluss (D) mit mindestens zwei über einen Flachleitersteg (28) elektrisch verbundenen Außenanschlüssen (2, 3) und einen Sourceanschluss (S) mit mindestens zwei über einen Flachleitersteg (28) elektrisch verbundenen Außenanschlüssen (4, 5) aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (21–24) einen Halbleiterchip (35) mit einem Leistungs-MOSFET aufweist, wobei eine Oberseite (36) des Halbleiterchips (35) mindestens einen großflächigen Sourcekontakt (37), der bis auf eine Gatekontaktfläche (38) die Oberseite (36) bedeckt, aufweist, und wobei eine der Oberseite (36) gegenüberliegende Rückseite (39) als Drainkontaktfläche (40) ausgebildet ist und auf einer Flachleiterinsel (41) fixiert ist, und wobei mehrere Bondstreifen (42–45) innerhalb des Standardgehäuses (27) den Sourcekontakt (37) mit den Außenanschlüssen (4, 5) des Sourceanschlusses (S) verbinden.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (21–23) ein Standardgehäuse (27) des Typs T0 220-S mit Außenanschlüssen (1, 2, 3, 4, 5) aufweist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenanschlüsse (2, 3) über einen Flachleitersteg (28) verbunden sind und die Außenanschlüsse (4, 5) ebenfalls einen derartigen elektrisch verbindenden Flachleitersteg (28) aufweisen.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (24) ein Standardgehäuse (27) des Typs T0 220-5 mit 3 abgewinkelten Außenanschlüssen (1, 3, 5) und zwei weniger stark abgewinkelten Außenanschlüssen (2, 4) aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (25) ein Standardgehäuse (27) des Typs T0 220-7 mit Außenanschlüssen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) aufweist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenanschlüsse (2, 3) über einen Flachleitersteg (28) verbunden sind und die Außenanschlüsse (4, 5, 6, 7) ebenfalls über mehrere Flachleiterstege (28) elektrisch miteinander verbunden sind.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (26) ein Standardgehäuse (27) des Typs P-DIP-20 mit Außenanschlüssen (1–20) aufweist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenanschlüsse (5, 6) sowie die Außenanschlüsse (15, 16) über Flachleiterstege (28) elektrisch verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (21–25) in einem Standardgehäuse (27), das mehrere Außenanschlüsse (1–20) in Flachleitertechnik aufweist, wobei zwischen benachbarten Außenanschlüssen (1–20) für gleiche Versorgungspotentiale oder für gleiche Signale mechanisch versteifende und die Außenanschlüsse elektrisch verbindende Flachleiterstege (28) angeordnet sind, wobei mehrere Flachleiterstege (28) zwischen zwei elektrisch zu verbindenden Außenanschlüssen (1–20) vorgesehen sind und wobei die Flachleiterstege (28) außerhalb des Standardgehäuses (27) beabstandet zu einem Kunststoffgehäuserand (32) zwischen benachbarten Außenanschlüssen (1–20) angeordnet sind, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – nach dem Herstellen einer Vielzahl von Halbleiterbauteilen in entsprechenden Positionen (49–54) eines Flachleiterrahmens (31), mit mechanischen Verbindungsstegen (29), die standardmäßig zwischen den Außenflachleitern (30) vorgesehen sind, wird ein Stanzwerkzeug zum Vereinzeln der Halbleiterbauteile eingesetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Verbindungsstege (29) nur zwischen den Außenflachleitern (30) weggestanzt werden, die nicht miteinander elektrisch verbunden bleiben sollen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flachleiterrahmen (31) vorbereitet wird und ausgestanzt wird, der flächig vergrößerte mechanische Flachleiterstege (28) an den Positionen zwischen Außenflachleitern (30) aufweist, die elektrisch miteinander verbunden werden.