DE102005049687B4 - Leistungshalbleiterbauteil in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
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Abstract
Leistungshalbleiterbauteil
in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch einen Leistungshalbleiterchip
(2), wobei der Leistungshalbleiterchip (2) mindestens eine großflächige Elektrode
(3) auf seiner Oberseite (4) und eine großflächige Elektrode (5) auf seiner Rückseite
(6) aufweist, wobei sich der vertikale Strompfad zwischen der Rückseitenelektrode
(5) und der Oberseitenelektrode (3) ausbildet, und wobei die Rückseitenelektrode (5)
auf einer Flachleiter-Chipinsel (7) eines Flachleiterrahmens (8)
oberflächenmontiert
ist und die Oberseitenelektrode (3) über ein Verbindungselement
(9) mit mindestens einem Innenflachleiter (10) des Flachleiterrahmens
(8) elektrisch in Verbindung steht, wobei das Verbindungselement
(9) eine elektrisch leitende Folie (11) auf einer der Oberseitenelektrode
(3) zugewandten Oberfläche
(17) aufweist und wobei sich die elektrisch leitende Folie (11)
von der Oberseitenelektrode (3) zu dem Innenflachleiter (10) erstreckt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauteil in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch einen Leistungshalbleiterchip, wobei der Leistungshalbleiterchip mindestens eine großflächige Elektrode auf seiner Oberseite und eine großflächige Elektrode auf seiner Rückseite aufweist. Dabei bildet sich der vertikale Strompfad zwischen der Rückseitenelektrode und der Oberseitenelektrode aus. Bei der Flachleitertechnik ist die Rückseitenelektrode des Leistungshalbleiterchips auf einer Flachleiter-Chipinsel eines Flachleiterrahmens oberflächenmontiert. Die Oberseitenelektrode steht über eine Verbindungsleitung oder ein Verbindungselement, auch "Clip" genannt, mit mindestens einem Innenflachleiter des Flachleiterrahmens elektrisch in Verbindung.
- Ein derartiges Leistungshalbleiterbauteil ist aus der Druckschrift
US 2003/0 162 330 A1 - Ein Nachteil dieses Leistungshalbleiterbauteils ist es, dass die Oberflächenelektrode in schmale Streifen aufgeteilt ist, die ihrerseits in Bonddrähte übergehen. Das hat den Nachteil, dass die zulässige Strombelastung durch die Summe der Querschnitte der Bonddrähte begrenzt wird. Folglich muss der Strom in Abhängigkeit von den Durchmessern der Bonddrähte begrenzt werden, um ein Durchschmelzen der Bonddrähte des Leistungshalbleiterbauteils zu verhindern.
- Aus der Druckschrift
DE 10 2004 006 440 A1 ist ein Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen Sensorbereich bekannt, dessen Sensorbereich mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen auf einem Substrat über Verbindungsleitungen gewährleistet wird, wobei diese Verbindungsleitungen entweder Bondbänder, Bonddrähte oder Flachkabel sein können. - Wird eine Mehrzahl von Bonddrähten für das Leistungshalbleiterbauteil eingesetzt, so begrenzen diese den maximal möglichen Strom bzw. die maximal mögliche Strombelastung durch das Leistungshalbleiterbauteil, wie es bereits aus der Druckschrift
US 2003/0 162 330 A1 - Aus der Druckschrift
US 2005/0 127 532 A1 - In den Druckschriften
US 4 766 479 A undUS 6 459 147 B1 wird ebenfalls die Verwendung von elektrisch leitenden Streifen zur Kontaktierung einer großflächige Elektrode auf der Oberseite eines Leistungshalbleiterchips für ein Leistungshalbleiterbauteil mittels Löten oder eines leitfähigen Epoxids offenbart. Dabei besteht die Gefahr eines verschlechterten Kontaktes aufgrund von Verunreinigungen durch den Einsatz von Flussmittel beim Lötvorgang beziehungsweise aufgrund des sogenannten Kleberbleeds. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungshalbleiterbauteil in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch einen Leistungshalbleiterchip zu schaffen, wobei der Leistungshalbleiterchip mindestens eine großflächige Elektrode auf seiner Oberseite und eine großflächige Elektrode auf seiner Rückseite aufweist und wobei sich der vertikale Strompfad zwischen der Rückseitenelektrode und der Oberseitenelektrode ausbildet, und eine höhere Stromdichte zugelassen werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Verbindungselement anzugeben, das ohne Risiko auch Hochleistungsströme von einer großflächigen Oberseitenelektrode zu mindestens einer entsprechenden Kontaktanschlussfläche auf einem Innenflachleiter zulässt.
- Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Erfindungsgemäß wird ein Leistungshalbleiterbauteil in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch einen Leistungshalbleiterchip geschaffen. Dazu weist der Leistungshalbleiterchip mindestens eine großflächige Elektrode auf seiner Oberseite und eine großflächige Elektrode auf seiner Rückseite auf. Zwischen der Rückseitenelektrode und der Oberseitenelektrode bildet sich beim Betrieb des Leistungshalbleiterbauteils ein vertikaler Strompfad aus. Dazu ist die Rückseitenelektrode auf einer Flachleiter-Chipinsel oberflächenmontiert und die Oberseitenelektrode über ein Verbindungselement mit einem Innenflachleiter eines Flachleiterrahmens verbunden. Dieses Verbindungselement weist eine elektrisch leitende Folie auf einer der Oberseitenelektrode zugewandten Oberfläche auf, wobei sich die elektrisch leitende Folie von der Oberseitenelektrode zu dem Innenflachleiter erstreckt.
- Dieses Leistungshalbleiterbauteil hat den Vorteil, dass die Stromleitfähigkeit nicht durch den Querschnitt von Bonddrähten limitiert wird und auch nicht durch den Querschnitt eines Verbindungselements begrenzt ist, sondern vielmehr durch ein Verbindungselement mit einer elektrisch leitenden Folie auf einer der Oberseitenelektrode zugewandten Oberfläche verbessert wird, wobei sich die elektrisch leitende Folie von der Oberseitenelektrode zu dem Innenflachleiter erstreckt und aufgrund hoher Stromleitfähigkeit die Stromleitfähigkeit des Verbindungselements vergrößert. Während das Verbindungselement als formstabile selbsttragende Bauteilkomponente ein Material geringer Stromleitfähigkeit aufweisen kann, um die mechanische Stabilität des Leistungshalbleiterbauteils durch beispielsweise eine Eisen-Chrom-Nickellegierung zu erhöhen, kann die elektrisch leitende Folie Metallpartikel mit hoher spezifischer elektrischer Leitfähigkeit aufweisen.
- Die hohe Stromleitfähigkeit wird in vorteilhafter Weise durch die elektrisch leitende Folie zur Verfügung gestellt. Da die elektrisch leitende Folie zwischen dem Verbindungselement und der Oberseitenelektrode bzw. dem Innenflachleiter angeordnet ist, wird der Betriebsstrom vorrangig über die elektrisch leitende Folie mit hoher Stromleitfähigkeit geleitet, ohne dass ein weniger gut leitendes Material des mechanischen Verbindungselements in Form eines "Clips" dazwischen liegt. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass das Leistungshalbleiterbauteil mit wesentlich höheren Stromspitzen belastet werden kann als die bisher bekannten Leistungshalbleiterbauteile mit gleicher oder ähnlicher Technologie und bekannten „Clips" bzw. Chipmaterialien.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrisch leitende Folie mit dem Verbindungselement stoffschlüssig verbunden. Die elektrisch leitende Folie erreicht dadurch in vorteilhafter Weise die Stabilität des Verbindungselementes und ist selber durch die stoffschlüssige Verbindung mit dem Verbindungselement für die Funktion eines "Clips" in einem Leistungshalbleiterbauteil einsetzbar. Da üblicher Weise das Verbindungselement selbst aus einem Metall oder einer Metallplatte hergestellt wird, kann es zur Stromführung beitragen, so dass es für die elektrische Verbindung der Oberseitenelektrode mit mindestens einem Innenflachleiter vorteilhaft ist, wenn die stoffschlüssige Verbindung durch einen elektrisch leitenden Klebstoff oder durch eine Lötschicht sichergestellt wird.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitfähige Folie ein mit Silberpartikeln hoch gefülltes Kunststoffmaterial auf. Dabei liegt der Füllstoffgrad vorzugsweise zwischen 92 Vol.% und 98 Vol.%. Da Silber die höchste spezifische Leitfähigkeit von Metallen aufweist, wird die elektrische Leitfähigkeit des Gesamtverbundes aus elektrisch leitfähigen Silberpartikeln und dem Material des Verbindungselementes einen bisher nicht erreichten geringen Leitungswiderstand aufweisen.
- Das Folienmaterial kann vorzugsweise auch ein Metall aufweisen, das eine höhere Leitfähigkeit besitzt, als das mechanisch stabilisierende Verbindungselement. Insbesondere wenn das Verbindungselement beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Chrom-Verbindung besteht, ist es von Vorteil, wenn die elektrisch leitende Folie eine Goldfolie oder eine Goldlegierungsfolie aufweist. Dieses hat zwei Vorteile, der eine liegt darin, dass Gold eine höhere spezifische Leitfähigkeit aufweist, als Blech- oder Stahlplatten. Außerdem besitzt Gold die Eigenschaft, dass der Kontaktübergangswiderstand äußerst gering ist zu anderen Metalloberflächen, und schließlich ist Gold ein Metall, das nicht oxidiert und seine hervorragenden Kontakteigenschaften über lange Zeit beibehält. Schließlich besitzen Gold und Goldlegierungen die Eigenschaften, mit beispielsweise einer Oberseitenelektrode aus Aluminium eine niedrig schmelzende eutektische Verbindung einzugehen, so dass eine innige Verbindung einer Oberflächenelektrode des Leistungshalbleiterchips aus Aluminium möglich wird.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitende Folie eine Silberfolie oder eine Silberlegierungsfolie auf. Silber ist bekanntermaßen ein Metall, dass die höchste spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine Silberfolie erfüllt somit die besten Voraussetzungen, um einen weniger gut elektrisch leitenden metallischen "Clip" in seinen elektrischen Verbindungseigenschaften zu verbessern. Außerdem kann Silber mit anderen Metallen Silberlot bilden, dass bei niedrigen Temperaturen stoffschlüssig, beispielsweise mit der Oberseitenelektrode des Leistungshalbleiterchips verbindbar ist. Gleiches gilt natürlich auch für die Kontaktanschlussfläche auf dem Innenflachleiter, zu dem die elektrisch leitende Folie sich erstreckt.
- Um geometrisch eine exakte Verbindung zwischen der großflächigen Oberseitenelektrode des Leistungshalbleiterchips und der strukturierten Kontaktanschlussfläche eines Innenflachleiters zu bewirken, weist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die elektrisch leitende Folie eine flächige Struktur auf, die der des Innenflachleiter und der flächigen Struktur der Oberseitenelektrode angepasst ist.
- Häufig ist der Innenflachleiter bei derartigen Leistungshalbleiterbauteilen in mehrere einzelne Innenflachleiter aufgeteilt, die mit entsprechenden Außenflachleitern elektrisch in Verbindung stehen. In diesem Fall weist die flächige Struktur der elektrisch leitenden Folie elektrisch leitende Streifen auf, die den Abstand zwischen der Oberseitenelektrode des Leistungshalbleiterchips und den Innenflachleitern überbrücken und gleichzeitig eine Kontaktierung mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen auf den Innenflachleitern ermöglichen.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Oberseitenelektrode und der elektrisch leitenden Folie eine elektrisch leitende Fügeschicht angeordnet. Gleiches gilt auch für die Kontaktanschlussflächen des mindestens einen Innenflachleiters und der elektrisch leitenden Folie. Diese elektrisch leitende Fügeschicht kann durch eine Diffusionslotschicht, durch eine Legierungslotschicht und/oder wie oben bereits erwähnt, durch eine elektrisch leitende Klebstoffschicht erreicht werden.
- Im Falle der elektrisch leitenden Klebstoffschicht ist zwischen der Oberseitenelektrode und der elektrisch leitenden Folie eine Schicht eines Leitklebers angeordnet. Derartige Leitkleber weisen elektrisch gut leitende Metallpartikel aus Silber oder Silberlegierungen auf, so dass sie kompatibel mit beispielsweise einer Silberfolie sind und damit auch hervorragende Kontakteigenschaften entwickeln.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Leistungshalbleiterchip auf seiner Oberseite eine Steuerelektrode aufweist, die mit einem weiteren Innenflachleiter über einen Bonddraht elektrisch in Verbindung steht. Derartige Steuerelektroden führen nur einen geringen Schaltstrom, der verglichen mit dem eigentlichen Strompfad äußerst minimal ist, so dass eine einfache Bonddrahtverbindung ausreicht, um eine ausreichende Strombelastbarkeit für die Steuersignale zur Verfügung zu stellen. Andererseits erfordern Bonddrahttechniken einen weiteren Produktionsschritt, in dem Herstellungsverfahren derartiger Leistungshalbleiterbauteile, was den Fertigungsprozess durchaus verteuern kann.
- Somit wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein derartiger Bonddraht dadurch vermieden, dass die elektrisch leitende Folie voneinander isolierte Strukturen aufweist, die jedoch auf dem Verbindungselement angeordnet sind, so dass mit einem einzigen Verbindungs- oder Fügeschritt sowohl die Verbindung zwischen Steuerelektrode und weiterem Innenflachleiter, als auch die Verbindung zwischen großflächiger Oberseitenelektrode und dem großflächigen Innenflachleiter ausgeführt werden kann.
- Dazu ist es erforderlich, dass zumindest im Bereich eines elektrisch leitenden Steifens der elektrisch leitenden Folie eine Isolationsschicht zwischen Verbindungselement und elektrisch leitender Folie existiert. Somit dient das Verbindungselement für das Verbinden der Steuerelektrode mit einem weiteren Innenflachleiter lediglich als mechanische Stütze oder mechanische Brücke, während das Verbindungselement für die elektrische Verbindung zwischen Oberseitenelektrode des Leistungshalbleiterchips und großflächigem Innenflachleiter durchaus zur Stromführung beitragen kann, in dem in diesem Bereich die elektrisch leitende Folie keine Isolationsschicht zum Verbindungselement hin aufweist.
- Die Präparation einer derartigen Folie erfordert zwar eine größere Sorgfalt, weil Teilbereiche der elektrisch leitenden Folie mit dem Verbindungselement elektrisch in Verbindung stehen und andere Teilbereiche, wie sie für die Steuerelektrode erforderlich sind von dem Verbindungselement zu isolieren sind, dennoch können derartige Strukturen mit geringen Kosten für eine elektrisch leitende Folie eingebracht werden, die geringer sind, als die Kosten für einen extra Bondschritt zum Anbringen eines Bonddrahtes.
- Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Verbindungselemente mit elektrisch leitender Folie für Leistungshalbleiterbauteile verwendet, die unter dem Sammelbegriff Kompensations-Leistungshalbleiterbauteile bekannt sind, wie Leistungshalbleiterdioden mit einer Kathode als Rückseitenelektrode und einer Anode als Oberseitenelektrode oder einem sog. "Cool-MOS", der auf seiner Rückseite eine großflächige Drainelektrode und auf seiner Oberseite eine großflächige Sourceelektrode aufweist, zwischen denen der Strompfad ausgebildet wird, sobald an der oberseitig gelegenen, relativ kleinflächigen Gate-Elektrode ein entsprechendes Potential angelegt wird. Darüber hinaus können mit den erfindungsgemäßen Verbindungselementen mit elektrisch leitender Folie Leistungshalbleiterbauteile, wie IGBT-Bauteile oder PN–N+-Dioden ausgestattet werden, wobei einerseits der Durchlasswiderstand vermindert und die mechanische Stabilität erhöht wird, sowie andererseits die Gefahr der Überhitzung der Verbindungselemente verringert wird.
- Ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Leistungshalbleiterbauteile in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch eine Leistungshalbleiterchip weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden Leistungshalbleiterchips mit mindestens einer großflächigen Oberseitenelektrode und mindestens einer großflächigen Rückseitenelektrode hergestellt, wobei die flächige Erstreckung der Rückseitenelektrode der Größe der Rückseite selbst entspricht. Ferner werden Flachleiterrahmen mit einer Flachleiter-Chipinsel und mindestens einem Innenflachleiter, der von der Flachleiter-Chipinsel beabstandet ist, in mehreren Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Flachleiterrahmens bereitgestellt. Die Leistungshalbleiterchips werden in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Flachleiterrahmens unter stoffschlüssigem Verbinden der Rückseitenelektroden mit den Flachleiter-Chipinseln des Flachleiterrahmens aufgebracht.
- Um die Oberseitenelektrode mit dem mindestens einen Flachleiter zu verbinden wird zunächst ein stoffschlüssiges Verbinden einer elektrisch leitende Folie mit einem Verbindungselement durchgeführt, wobei die flächige Struktur des Verbindungselements der Oberseitenelektrode und dem Innenflachleiter in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen angepasst ist. Anschließend wird das in dieser Weise präparierte Verbindungselement mit elektrisch leitender Folie auf die Oberseitenelektrode und den mindestens einen Innenflachleiter des Flachleiterrahmens aufgebracht. Nach diesem Aufbringen kann nun der Leistungshalbleiterchip mit den Verbindungselementen in einer Kunststoffgehäusemasse in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen verpackt werden. Danach erfolgt ein Trennen des Flachleiterrahmens in einzelne Leistungshalbleiterbauteile.
- Ein derartiges Verfahren hat die nachfolgenden Vorteile.
- 1. Durch das vorbereitende Zusammenfügen, auch "preassembly" genannt, der elektrisch leitenden Folie auch "tage" genannt, auf die Rückseite des Verbindungsele ments bzw. "Clips" wird ein Laminat geschaffen, das als Verbindungselement verwendet werden kann.
- 2. Außerdem wird eine bessere Prozesssicherhit erreicht, zumal im Vergleich zum Kleben und Löten die Verbindung mit Hilfe des verbesserten Verbindungselements starrer ist, und dadurch der "Clip" besser positioniert werden kann.
- 3. Ein weiterer Vorteil liegt in der niedrigen Prozesstemperatur, die niedriger ist, als beim Löten und dennoch kein Aufschmelzen der Verbindung bei Erreichen einer Temperatur von 260 Grad bewirkt, die beim Auflöten derartiger Leistungshalbleiterbauteile auf eine übergeordnete Schaltungsplatine auftreten.
- 4. Die Verunreinigungsgefahr, wie sie durch Lötpasten zum Beispiel auftreten kann, ist bei dem erfindungsgemäßen Verbindungsprozess vermindert.
- 5. Ferner wird eine zuverlässigere Kontaktierung zwischen dem Oberseitenkontakt und einem Verbindungselement über die elektrisch leitende Folie erreicht, da kein "Kleberbleed" und "Lotsplash" entsteht.
- 6. Durch Strukturieren der elektrisch leitenden Folie, indem Bereiche hoher und sehr geringer Leitfähigkeit mit beispielsweise gezielter Verteilung von Silberpartikeln in einer Folie, oder durch Streifenbildung von Silberplatierungsfolien oder Goldplatierungsfolien vorgesehen werden, kann die Folie auch als Umverdrahtung für die oben erwähnte Steuerelektrode eingesetzt werden, so dass auf einen Drahtbondprozess bei einem Leistungshalblei terbauteil vollständig verzichtet werden kann. Dazu wird vorzugsweise der Leistungshalbleiterchip auf seiner Oberseite eine Steuerelektrode aufweisen, die mit einem weiteren Innenflachleiter über einen isoliert angeordneten, elektrisch leitenden Streifen der elektrisch leitenden Folie des Verbindungselement verbunden wird.
- Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil, einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 zeigt eine schematische Untersicht auf eine elektrisch leitenden Folie eines Verbindungselements für das Leistungshalbleiterbauteil gemäß1 ; -
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Verbindungselement mit elektrisch leitender Folie gemäß2 ; -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß1 ; -
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil, einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
6 zeigt eine schematische Unterschicht auf eine strukturierte elektrisch leitende Folie eines Verbindungselements für das Leistungshalbleiterbauteil gemäß5 ; -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Verbindungselement mit elektrisch leitender Folie; -
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß5 . -
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil1 , einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Zur Verdeutlichung des Aufbaus des Leistungshalbleiterbauteils1 ist die Kunststoffgehäusemasse20 lediglich mit einer strichpunktierten Linie16 gekennzeichnet. Derartige Kunststoffgehäusemassen20 sind üblicher Weise nicht transparent und nicht durchsichtig. Außerdem sind sie zur Verminderung des Ausdehnungskoeffizienten mit keramischen Füllstoffpartikeln gefüllt. - Diese Draufsicht zeigt ein Verbindungselement
9 , das auf einer Oberseitenelektrode3 eines Leistungshalbleiterchips2 angeordnet ist. Dieses Verbindungselement9 weist fingerförmige Streifen24 auf, die sich von der großflächigen Oberseitenelektrode3 und dem dazu angepassten Bereich des Verbindungselements9 zu drei Innenflachleitern10 erstrecken, wobei die fingerförmigen Streifen24 des Verbindungselements9 mit den Innenflachleitern10 elektrisch in Verbindung stehen. Diese Innenflachleiter10 gehen in drei Source-Außenflachleiter S über. - Auf der Oberseite
4 des Leistungshalbleiterchips2 ist neben der großflächigen Oberseitenelektrode3 , die hier eine Source-Elektrode ist, eine kleinflächige Elektrode23 angeordnet, die eine Steuerelektrode13 aufweist, wobei die Steuerelektrode13 über einen Bonddraht14 mit einem Durchmesser d auf einer Kontaktanschlussfläche25 eines weiteren Innenflachleiters15 elektrisch verbunden ist. Dabei geht dieser Innenflachleiter15 in einen Gate-Außenflachleiter G über. Um einen niedrigen Übergangswiderstand von dem Verbindungselement9 auf die Innenflachleiter10 zu gewährleisten, weist das Verbindungselement9 auf seiner zu der Oberflächenelektrode3 zugewandten Oberfläche17 eine elektrisch leitende Folie11 auf, die in2 gezeigt wird. -
2 zeigt eine schematische Untersicht auf eine elektrisch leitenden Folie11 eines Verbindungselements9 für das Leistungshalbleiterbauteil1 gemäß1 . Diese elektrische Verbindungsfolie11 ist bei dieser ersten Ausführungsform der Erfindung aus einem mit Silberpartikeln gefüllten Kunststoff hergestellt. Dabei beträgt der Füllstoffgrad zwischen 92 Vol.% ≤ f ≤ 98 Vol.%. Durch diesen hohen Füllstoffgrad wird erreicht, dass die elektrisch leitende Folie11 eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die Breite B im Bereich der großflächigen Oberseitenelektrode3 ist in ihrer flächigen Erstreckung der Source-Elektrode des Leistungshalbleiterchips angepasst, während die fingerförmigen Streifen24 der elektrisch leitenden Folie11 in ihrer Breite b der Breite der Innenflachleiter angepasst sind. Außerdem weist die Struktur der elektrisch leitenden Folie11 eine Aussparung26 auf, in der die kleinflächige Steuerelektrode13 auf der Oberseite4 des Leistungshalbleiterbauteils2 angeordnet ist. -
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Verbindungselement9 mit elektrisch leitender Folie11 gemäß2 . Dazu ist die elektrisch leitende Folie11 stoffschlüssig auf der Oberfläche17 des Verbindungselementes9 angeordnet und weist eine Oberseite12 auf, die einerseits auf die Oberseitenelektrode3 aufgebracht werden kann und anderer seits auf den Innenflachleitern10 positioniert werden kann. Dazwischen ist das Verbindungselement9 leicht gewölbt, um den Abstand zwischen den Innenflachleitern10 und dem Leistungshalbleiterchip2 zu überbrücken. -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil1 gemäß1 . Dieser Querschnitt zeigt nun, wie das Verbindungselement9 als "Clip" auf die Oberseite4 bzw. die Oberseitenelektrode3 des Leistungshalbleiterchips2 stoffschlüssig aufgebracht ist und gleichzeitig auf dem Innenflachleiter10 mit der elektrisch leitenden Folie11 fixiert ist. Dabei wird der Abstand a zwischen Innenflachleiter10 und Leistungshalbleiterchip2 durch das Verbindungselement9 überbrückt. - Die elektrisch leitende Folie
11 übernimmt bei dieser Überbrückung die Hauptstrombelastung, da ihre Stromleitfähigkeit größer ist, als die Stromleitfähigkeit des Materials des Verbindungselements9 . Dazu kann eine Goldfolie auf die Oberfläche17 des Verbindungselements9 plattiert sein, oder eine Silberfolie plattiert werden, wobei die Silberfolie die höchste spezifische elektrische Leitfähigkeit der Metalle aufweist. Die einzelnen Komponenten, wie der Drain-Außenkontakt D auf der Unterseite21 des Leistungshalbleiterbauteils1 , der Source-Außenflachleiter S, der Leistungshalbleiterchip2 , das Verbindungselement9 und die elektrisch leitende Folie11 sind in eine Kunststoffgehäusemasse20 verpackt, die das Leistungshalbleiterbauteil1 vor Beschädigungen schützt. - Dabei ragen die Source-Außenflachleiter S und die Drain-Außenkontakte D und der hier nicht gezeigte Gate-Außenflachleiter auf der Unterseite
21 des Leistungshalbleiterbauteilgehäuses aus der Kunststoffgehäusemasse20 heraus. Auch eine Kontaktierung der Außenflachleiter an den Randseiten27 und28 des Leistungshalbleiterbauteils1 ist möglich. -
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil30 , einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - In
5 ist nicht nur die Kunststoffgehäusemasse weggelassen und durch eine strichpunktierte Linie16 gekennzeichnet, sondern auch das Verbindungselement ist zunächst nicht gezeigt, sondern lediglich eine elektrisch leitende, strukturierte Folie22 , welche die großflächige Oberseitenelektrode3 des Leistungshalbleiterchips2 mit entsprechenden Innenflachleitern10 elektrisch verbindet. - Dazu weist die elektrisch leitende Folie
22 Bereiche auf, die durch eine hohe Füllung von Silberpartikeln elektrisch leitend sind und andere Bereiche, die aufgrund von Nichtbefüllen mit elektrisch leitenden Partikeln isolierend sind. Dadurch ist es möglich, eine strukturierte elektrisch leitende Folie22 zur Verfügung zu stellen, die nicht nur die großflächige Oberseitenelektrode3 mit den Innenflachleitern10 elektrisch verbindet, sondern isoliert davon die kleinflächige Elektrode23 der Steuerelektrode13 des Leistungshalbleiterbauteils30 mit einem weiteren Innenflachleiter15 elektrisch verbinden kann, ohne dass es zu Kurzschlüssen zwischen dem elektrisch leitenden Folienstreifen19 für die kleinflächige Elektrode23 und den fingerförmigen Streifen24 für die großflächige Elektrode3 kommt. -
6 zeigt eine schematische Untersicht auf eine strukturierte elektrisch leitende Folie22 eines Verbindungselements9 für das Leistungshalbleiterbauteil30 gemäß5 . Auch hier wird deutlich, dass diese strukturierte elektrisch leitende Folie22 keine Aussparung für den sogenannten Gate-Anschluss benötigt, sondern vielmehr einen elektrisch leitenden Folienstreifen19 in der Breite b aufweist, der anstelle eines Bonddrahtes, wie er in der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird, nun die kleinflächige Elektrode23 mit einem entsprechenden Gate-Außenflachleiter G, wie er in5 gezeigt wird, verbinden kann. -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Verbindungselement9 mit strukturierter, elektrisch leitender Folie22 . Der Unterschied zu dem Verbindungselement9 der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass dieses Verbindungselement9 nun vollständig eben ausgeführt werden kann, da es gleichzeitig auch die kleinflächige Elektrode23 mit einem entsprechenden weiteren Flachleiter15 verbinden kann. -
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil30 gemäß5 , wobei die Kunststoffgehäusemasse20 in dieser Ausführungsform der Erfindung derart angeordnet ist, dass eine großflächige Elektrode S auf der Oberseite29 des Leistungshalbleiterbauteils30 frei zugänglich ist und gleichzeitig über den Innenflachleiter10 ein Source-Anschlussflachleiter S auf der Unterseite21 des Leistungshalbleiterbauteils30 geschaffen wird. Der Drainaußenkontakt D hingegen kontaktiert eine großflächige Elektrode5 auf der Rückseite6 des Leistungshalbleiterchips2 , indem der Drainanschlußkontakt D gleichzeitig eine Flachleiter- Chipinsel7 des ursprünglichen Flachleiterrahmens8 bildet, auf welcher der Leistungshalbleiterchip2 fixiert ist. -
- 1
- Leistungshalbleiterbauteil (1. Ausführungsform)
- 2
- Leistungshalbleiterchip
- 3
- großflächige Elektrode auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips
- 4
- Oberseite des Leistungshalbleiterchips
- 5
- großflächige Elektrode auf der Rückseite des Leistungshalbleiterchips
- 6
- Rückseite des Leistungshalbleiterchips
- 7
- Flachleiter-Chipinsel
- 8
- Flachleiterrahmen
- 9
- Verbindungselement
- 10
- Innenflachleiter
- 11
- elektrisch leitende Folie
- 12
- Oberseite der elektrisch leitenden Folie
- 13
- Steuerelektrode
- 14
- Bonddraht
- 15
- weiterer Innenflachleiter
- 16
- strichpunktierte Linie
- 17
- Oberfläche des Verbindungselementes
- 18
- flächige Struktur
- 19
- elektrisch leitender Folienstreifen
- 20
- Kunststoffgehäusemasse
- 21
- Unterseite des Halbleiterbauteils
- 22
- strukturierte, elektrisch leitende Folie
- 23
- kleinflächige Elektrode auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips
- 24
- Streifen des Verbindungselements
- 25
- Kontaktanschlussfläche
- 26
- Aussparung der elektrisch leitenden Folie
- 27
- Randseite des Leistungshalbleiterbauteils
- 28
- Randseite des Leistungshalbleiterbauteils
- 29
- Oberseite des Leistungshalbleiterbauteils
- 30
- Leistungshalbleiterbauteil (2. Ausführungsform)
- a
- Abstand
- b, B
- Breite des elektrisch leitenden Folienstreifens
- d
- Bonddrahtdurchmesser
- D
- Drain-Außenkontakt
- G
- Gate-Außenflachleiter
- S
- Source-Außenflachleiter
Claims (12)
- Leistungshalbleiterbauteil in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch einen Leistungshalbleiterchip (
2 ), wobei der Leistungshalbleiterchip (2 ) mindestens eine großflächige Elektrode (3 ) auf seiner Oberseite (4 ) und eine großflächige Elektrode (5 ) auf seiner Rückseite (6 ) aufweist, wobei sich der vertikale Strompfad zwischen der Rückseitenelektrode (5 ) und der Oberseitenelektrode (3 ) ausbildet, und wobei die Rückseitenelektrode (5 ) auf einer Flachleiter-Chipinsel (7 ) eines Flachleiterrahmens (8 ) oberflächenmontiert ist und die Oberseitenelektrode (3 ) über ein Verbindungselement (9 ) mit mindestens einem Innenflachleiter (10 ) des Flachleiterrahmens (8 ) elektrisch in Verbindung steht, wobei das Verbindungselement (9 ) eine elektrisch leitende Folie (11 ) auf einer der Oberseitenelektrode (3 ) zugewandten Oberfläche (17 ) aufweist und wobei sich die elektrisch leitende Folie (11 ) von der Oberseitenelektrode (3 ) zu dem Innenflachleiter (10 ) erstreckt. - Leistungshalbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Folie (
11 ) eine mit Silberpartikeln gefüllte Kunststofffolie ist, wobei der Füllstoffgrad f 92 Vol.% ≤ f ≤ 98 Vol.% ist. - Leistungshalbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Folie (
11 ) eine Goldplattierungsfolie oder eine Goldlegierungsfolie aufweist. - Leistungshalbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Folie (
11 ) eine Silberplattierungsfolie oder eine Silberlegierungsfolie aufweist. - Leistungshalbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Folie (
11 ) eine flächige Struktur (18 ) aufweist, die der flächigen Struktur (18 ) des Innenflachleiters (10 ) und der flächigen Struktur der Oberseitenelektrode (3 ) angepasst ist. - Leistungshalbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseitenelektrode (
3 ) und der elektrisch leitenden Folie (11 ) eine elektrisch leitende Fügeschicht angeordnet ist. - Leistungshalbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseitenelektrode (
3 ) und der elektrisch leitenden Folie (11 ) eine Schicht eines Leitklebers angeordnet ist. - Leistungshalbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterchip (
2 ) auf seiner Oberseite (4 ) eine Steuerelektrode (13 ) aufweist, die mit einem weite ren Innenflachleiter (15 ) über einen Bonddraht (14 ) elektrisch in Verbindung steht. - Leistungshalbleiterbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterchip (
2 ) auf seiner Oberseite (4 ) eine Steuerelektrode (13 ) aufweist, die mit einem weiteren Innenflachleiter (15 ) über eine strukturierte, elektrisch leitenden Folie (22 ) des Verbindungselements (9 ) in Verbindung steht, wobei die Folie (22 ) derart strukturiert ist, dass ein elektrisch von dem Verbindungselement (9 ) isolierter Folienstreifen (19 ) in Breite und flächiger Erstreckung der Steuerelektrode (13 ) und dem weiteren Innenflachleiter (15 ) angepasst ist. - Verfahren zur Herstellung mehrerer Leistungshalbleiterbauteile (
1 ) in Flachleitertechnik mit vertikalem Strompfad durch einen Leistungshalbleiterchip (2 ), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen von Leistungshalbleiterchips (2 ) mit einer großflächigen Oberseitenelektrode (3 ) und einer großflächigen Rückseitenelektrode (5 ), wobei die flächige Erstreckung der Rückseitenelektrode (5 ) der Größe der Rückseite (6 ) entspricht, – Bereitstellen eines Flachleiterrahmens (8 ) mit einer Flachleiter-Chipinsel (7 ) und mindestens einem Innenflachleiter (10 ) beabstandet zu der Flachleiter-Chipinsel (7 ) in mehreren Leistungshalbleiterbauteilpositionen; – Aufbringen der Leistungshalbleiterchips (2 ) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen unter stoffschlüssigem Verbinden der Rückseitenelektroden (5 ) mit den Flachleiter-Chipinseln (7 ) des Flachleiterrahmens (8 ); – stoffschlüssiges Verbinden einer elektrisch leitende Folie (11 ) mit einem Verbindungselement (9 ), dessen flächige Struktur der Oberseitenelektrode (3 ) und dem Innenflachleiter (10 ) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen angepasst ist; – Aufbringen des Verbindungselements (9 ) mit elektrisch leitenden Folie (11 ) auf die Oberseitenelektrode (3 ) und den Innenflachleiter (10 ); – Verpacken der Leistungshalbleiterchips (2 ) mit den Verbindungselementen (9 ) in einer Kunststoffgehäusemasse (20 ) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen; – Trennen des Flachleiterrahmens (8 ) in einzelne Leistungshalbleiterbauteile (1 ). - Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterchip (
2 ) auf seiner Oberseite (4 ) eine Steuerelektrode (13 ) aufweist, die mit einem weiteren Innenflachleiter (15 ) über einen Bonddraht (14 ) elektrisch verbunden wird. - Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterchip (
2 ) auf seiner Oberseite (4 ) eine Steuerelektrode (13 ) aufweist, die mit einem weiteren Innenflachleiter (15 ) über einen isoliert angeordneten, elektrisch leitenden Folienstreifen der elektrisch leitenden Folie (11 ) des Verbindungselements (9 ) verbunden wird.
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