DE102008027703A1

DE102008027703A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102008027703A1
Application number: DE102008027703A
Authority: DE
Inventors: Ralf Otremba; Xaver Schlögel; Josef Höglauer; Erwin Huber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: US7851908B2; US20090001562A1; DE102008027703B4

Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement offenbart. Eine Ausführungsform stellt ein Modul bereit, das einen ersten Träger mit einer ersten Montageoberfläche und einer zweiten Montageoberfläche, einen auf der ersten Montageoberfläche des ersten Trägers montierten ersten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche, ein mit der ersten Oberfläche des ersten Halbleiterchips verbundenes erstes Verbindungselement, einen zweiten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche, ein mit der ersten Oberfläche des zweiten Halbleiterchips verbundenes zweites Verbindungselement und ein das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement nur teilweise bedeckendes Formmaterial enthält.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Montage.
Leistungshalbleiterchips können beispielsweise in Halbleiterbauelementen integriert sein. Leistungshalbleiterchips eignen sich insbesondere für das Schalten oder Steuern von Strömen und/oder Spannungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes Verständnis von Ausführungsformen zu vermitteln, und sie sind in diese Spezifikation integriert und stellen einen Teil dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der damit einhergehenden Vorteile von Ausführungsformen sind ohne weiteres zu verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 veranschaulicht schematisch ein Modul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 veranschaulicht schematisch ein Bauelement 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 veranschaulicht schematisch ein Modul 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 veranschaulicht schematisch ein Modul 400 in Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 veranschaulicht schematisch ein Modul 500 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 veranschaulicht schematisch ein Modul 600 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7A bis 7F veranschaulichen schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Moduls 500.
8 veranschaulicht eine Grundschaltung einer Halbbrücke 800.
Ausführliche Beschreibung
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird die Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „Vorderseite", „Rückseite", „vorderer", „hinterer" und so weiter unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich, dass Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kom biniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen im allgemeinen verwendet werden, um insgesamt auf gleiche Elemente bezug zu nehmen, und wobei die verschiedenen Strukturen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. In der folgenden Beschreibung werden zu Zwecken der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis eines oder mehrerer Aspekte von Ausführungsformen der Erfindung zu vermitteln. Es kann jedoch für einen Fachmann offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen der Erfindung mit einem geringeren Grad an diesen spezifischen Details praktiziert werden können. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Module mit einem auf einem Träger aufgebrachten Halbleiterchip werden unten beschrieben. Der Träger kann von beliebiger Gestalt oder Größe sein oder aus einem beliebigen Material bestehen. Während der Herstellung des Moduls kann der Träger derart bereitgestellt werden, dass andere Träger in der Nähe angeordnet sind und durch Verbindungsmittel zu dem Zweck mit dem Träger verbunden sind, die besagten Träger zu trennen. Der Träger kann aus Metallen oder Metalllegierungen, insbesondere Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder anderen Materialien hergestellt sein. Er kann weiterhin elektrisch leitend sein. Der Träger kann beispielsweise ein Systemträger oder Teil eines Systemträgers wie etwa ein Diepad sein. Der Träger kann Montageoberflächen aufweisen. Die Montageoberflächen können dazu dienen, den Träger auf einer anderen Komponente zu montieren, oder sie können dazu die nen, eine andere Komponente auf dem Träger zu montieren. Die Montageoberflächen können interne oder externe Montageoberflächen sein. Externe Montageoberflächen gestatten das Montieren der Module an externen Komponenten wie beispielsweise Leiterplatten.
Die unten beschriebenen Halbleiterchips können von extrem unterschiedlichen Arten sein und können beispielsweise integrierte elektrische oder elektrooptische Schaltungen enthalten. Die Halbleiterchips können beispielsweise als Leistungstransistoren, Leistungsdioden, Steuerschaltungen, Mikroprozessoren oder mikroelektromechanische Komponenten konfiguriert sein. Insbesondere können Halbleiterchips mit einer vertikalen Struktur involviert sein, d. h. die Halbleiterchips können derart hergestellt sein, dass elektrische Ströme in einer Richtung senkrecht zu den Hauptoberflächen der Halbleiterchips fließen können. Ein Halbleiterchip mit einer vertikalen Struktur kann Kontaktelemente insbesondere an seinen beiden Hauptoberflächen aufweisen, d. h. auf seiner Oberseite und seiner Unterseite. Insbesondere können Leistungstransistoren und Leistungsdioden eine vertikale Struktur besitzen. Beispielsweise können sich der Sourceanschluss und der Gateanschluss eines Leistungstransistors und der Anodenanschluss einer Leistungsdiode auf einer Hauptoberfläche befinden, während der Drainanschluss des Leistungstransistors und der Kathodenanschluss der Leistungsdiode auf der anderen Hauptoberfläche angeordnet sind. Eine Leistungsdiode kann insbesondere als eine Schottky-Diode verkörpert sein. Weiterhin können die unten beschriebenen Module integrierte Schaltungen zum Steuern der integrierten Schaltungen von anderen Halbleiterchips enthalten, zum Beispiel die integrierten Schaltungen von Leistungstransistoren oder Leistungsdioden. Die Halbleiterchips brauchen nicht aus spezifischem Halbleitermaterial hergestellt sein und können weiterhin anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle. Zudem können die Halbleiterchips gekapselt oder ungekapselt sein.
Die unten beschriebenen Module enthalten Verbindungselemente oder Verbindungsstrukturen. Die Verbindungselemente oder Verbindungsstrukturen können das Herstellen eines elektrischen Kontakts mit den Halbleiterchips gestatten, beispielsweise von außerhalb des Moduls. Die Verbindungselemente und Verbindungsstrukturen können außerdem die Halbleiterchips miteinander verbinden. Weiterhin können die Verbindungselemente und Verbindungsstrukturen wärmeleitend sein und können als Kühlkörper zum Abscheiden der von den Halbleiterchips erzeugten Wärme dienen. Die Verbindungselemente und Verbindungsstrukturen können mit einem externen Kühlkörper zu verbindende Kontaktoberflächen aufweisen. Die Verbindungselemente und Verbindungsstrukturen können aus einem oder zwei oder mehr individuellen Elementen bestehen. Beispielsweise kann eine Verbindungsstruktur aus einer Leiterschicht und einem Träger bestehen, oder sie kann aus einem Clip und einem Träger bestehen. Die Verbindungselemente und Verbindungsstrukturen können aus einem beliebigen gewünschten elektrisch leitfähigen Material bestehen, beispielsweise einem Metall wie etwa Aluminium, Gold oder Kupfer, einer Metalllegierung oder einem elektrisch leitfähigen organischen Material. Die Verbindungselemente und Verbindungsstrukturen können beispielsweise leitfähige Schichten oder leitfähige Clips enthalten.
Die Module können ein Formmaterial enthalten, das mindestens Teile der Komponenten der Module bedeckt. Bei dem Formmaterial kann es sich um ein beliebiges angemessenes thermoplastisches oder wärmehärtendes Material handeln. Verschiedene Techniken können eingesetzt werden, um die Komponenten mit dem Formmaterial zu bedecken, beispielsweise Formpressen oder Spritzgießen.
1 veranschaulicht ein Modul 100 in einem Querschnitt als ein Ausführungsbeispiel. Das Modul 100 enthält einen ersten Träger 10, der eine erste Montageoberfläche 11 und eine zweite Montageoberfläche 12 aufweist. Ein erster Halbleiterchip 13 ist auf der ersten Montageoberfläche 11 montiert. Weiterhin weist der erste Halbleiterchip 13 eine erste Oberfläche 14 auf, die von dem ersten Träger 10 wegweist. Ein Verbindungselement 15 ist mit der ersten Oberfläche 14 des ersten Halbleiterchips 13 verbunden.
Zudem enthält das Modul 100 einen zweiten Halbleiterchip 16, der eine in die gleiche Richtung wie die erste Oberfläche 14 des ersten Halbleiterchips 13 weisende erste Oberfläche 17 aufweist. Ein zweites Verbindungselement 18 ist mit der ersten Oberfläche 17 des zweiten Halbleiterchips 16 verbunden. Die Verbindungselemente 15 und 18 können elektrisch voneinander getrennt sein. Ein Formmaterial 19 bedeckt das erste Verbindungselement 15 und das zweite Verbindungselement 18 nur teilweise. Beispielsweise können ein erstes Gebiet 20 des ersten Verbindungselements 15 und ein erstes Gebiet 21 des zweiten Verbindungselements 18 durch das Formmaterial 19 unbedeckt bleiben. Das Modul 100 kann auch einen zweiten Träger 22 enthalten, der eine erste Montageoberfläche 23 und eine zweite Montageoberfläche 24 aufweist. Der zweite Halbleiterchip 16 kann auf der ersten Montageoberfläche 23 montiert sein. Das Formmaterial 19 kann auch die Halbleiterchips 13 und 16 sowie die Träger 10 und 22 bedecken. Die zweiten Montageoberflächen 12 und 24 der Träger 10 und 22 oder Teile von ihnen sind möglicherweise nicht von dem Formmaterial 19 bedeckt und können als externe Montageoberflächen zum Montieren des Moduls 100 an externen Komponenten dienen.
Die ersten Gebiete 20 und 21 der Verbindungselemente 15 und 18 sowie die zweiten Oberflächen 12 und 24 der Träger 10 und 22 können dazu verwendet werden, sie an andere Komponenten zu koppeln. Dies ist in 2 beispielhaft dargestellt. Dort ist ein Ausschnitt eines Bauelements 200 schematisch dargestellt, das das Modul 100 enthält, das auf einer Leiterplatte 25 montiert ist, beispielsweise einer PCB (Printed Circuit Board – gedruckte Leiterplatte). Die zweiten Oberflächen 12 und 24 der Träger 10 und 22 können an Kontaktbereiche der Leiterplatte 25 gelötet sein. In diesem Fall dienen die zweiten Oberflächen 12 und 24 als externe elektrische Kontaktelemente, die das Herstellen eines elektrischen Kontakts zu den Halbleiterchips 13 und 16 gestatten.
Auf dem Modul 100 kann ein Kühlkörper oder Kühlelement 26 angebracht sein. Der Kühlkörper 26 kann thermisch (nicht notwendigerweise elektrisch) an die ersten Gebiete 20 und 21 der Verbindungselemente 15 und 18 gekoppelt sein. In diesem Fall stellen die Verbindungselemente 15 und 18 möglicherweise nicht nur elektrische Verbindungen zu den Halbleiterchips 13 und 16 her, sondern unterstützen möglicherweise außerdem den Transfer der von den Halbleiterchips 13 und 16 erzeugten Wärme zu dem Kühlkörper 26, der die erzeugte Wärme ableitet.
3 veranschaulicht ein Modul 300 in einem Querschnitt als ein weiteres Ausführungsbeispiel. Abgesehen von dem ersten Träger 10, dem ersten Halbleiterchip 13, dem zweiten Halbleiterchip 16 und dem Formmaterial 19 enthält das Modul 300 eine erste Verbindungsstruktur 22, 27 und eine zweite Verbindungsstruktur 28, 29. Die erste Verbindungsstruktur 22, 27 ist mit der ersten Oberfläche 14 des ersten Halbleiterchips 13 und die zweite Verbindungsstruktur 28, 29 mit der ersten Oberfläche 17 des zweiten Halbleiterchips 16 verbunden. Das Formmaterial 19 bedeckt beide Verbindungsstrukturen 22, 27 und 28, 29, lässt aber erste Gebiete 20 und 21 sowie zweite Gebiete 24 und 30 der Verbindungsstrukturen 22, 27 und 28, 29 unbedeckt.
Die ersten Gebiete 20 und 21 können zum Leiten von Wärme dienen, die zweiten Gebiete 24 und 30 können zum Herstellen elektrischer Verbindungen mit anderen Komponenten dienen.
Jede der Verbindungsstrukturen 22, 27 und 28, 29 kann aus einem oder mehreren Elementen bestehen. Beispielsweise kann die erste Verbindungsstruktur 22, 27 aus einem ersten Verbindungselement 27 und dem zweiten Träger 22 bestehen, wobei das erste Verbindungselement 27 elektrisch mit der ersten Montageoberfläche 23 des zweiten Trägers 22 verbunden sein kann. Die zweite Verbindungsstruktur 28, 29 kann aus einem zweiten Verbindungselement 28 und einem Pin 29 bestehen, die elektrisch miteinander verbunden sind. In diesem Fall sind die ersten Gebiete 20 und 21, die nicht mit dem Formmaterial 19 bedeckt sind, Oberflächen der Verbindungselemente 27 und 28, und die zweiten unbedeckten Gebiete 24 und 30 sind die zweite Montageoberfläche 24 des zweiten Trägers 22 und die Oberfläche 30 des Pins 29.
Ähnlich dem in 2 dargestellten Bauelement 200 kann das Modul 300 auf einer Leiterplatte montiert sein, wobei die zweiten Gebiete 24 und 30 sowie die zweite Montageoberfläche 12 an Kontaktbereiche der Leiterplatte gelötet sein können, um elektrische Verbindungen herzustellen. Weiterhin kann ein Kühlkörper auf dem Modul 300 platziert sein, wobei die ersten Gebiete 20 und 21 thermisch an den Kühlkörper gekoppelt sein können, um die von den Halbleiterchips 13 und 16 erzeugte Wärme abzuleiten.
4 veranschaulicht ein Modul 400 in Draufsicht als weiteres Ausführungsbeispiel. Das Modul 400 ist eine Implementierung der in 1 und 3 dargestellten Module 100 und 300. Das Modul 400 enthält einen ersten Träger 10, auf dem ein erster Halbleiterchip 13 angebracht ist, und einen zweiten Träger 22, auf dem ein zweiter Halbleiterchip 16 angebracht ist. Die Träger 10 und 22 können aus einem Metall wie etwa Kupfer, Eisen, Nickel oder Aluminium oder einer Metalllegierung oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein.
Jeder der Halbleiterchips 13 und 16 kann ein vertikaler Leistungshalbleiter sein, insbesondere ein Leistungstransistor oder eine Leistungsdiode. Falls die Halbleiterchips 13 und 16 Leistungstransistoren sind, können ihre Drainelektroden elektrisch mit den Trägern 10 bzw. 22 verbunden sein. Auf den Hauptoberflächen der Halbleiterchips 13 und 16, die von den Trägern 10 und 22 abgewandt sind, sind Sourceelektroden 31 und 32 sowie Gateelektroden 33 und 34 platziert. Das erste Verbindungselement 15 verbindet die Sourceelektrode 31 des ersten Halbleiterchips 13 elektrisch mit dem zweiten Träger 22. Das zweite Verbindungselement 18 verbindet die Sourceelektrode 32 des zweiten Halbleiterchips 16 mit einem Pin 35.
Ein Verbindungselement 36 verbindet die Gateelektrode 33 des ersten Halbleiterchips 13 elektrisch mit einem Pin 37. Ein Verbindungselement 38 verbindet die Gateelektrode 34 des zweiten Halbleiterchips 16 elektrisch mit einem Pin 39. Jeder der Pins 35, 37 und 39 kann mindestens eine Oberfläche aufweisen, die nicht mit dem Formmaterial 19 bedeckt ist, wodurch elektrische Verbindungen zu externen Komponenten hergestellt werden können. Das Modul 400 kann auch einen weiteren Halbleiterchip zum Steuern der Halbleiterchips 13 und 16, insbesondere ihrer Gateelektrodenpotentiale, enthalten.
5 veranschaulicht ein Modul 500, das ein Ausführungsbeispiel des Moduls 400 ist, das im Querschnitt entlang der in 4 gezeigten Linien A-A' dargestellt ist. Das Modul 500 enthält eine auf dem ersten Träger 10 und dem zweiten Träger 22 abgeschiedene elektrisch isolierende Schicht 40. Die elektrisch isolierende Schicht 40 überbrückt die Lücke zwischen den beiden Trägern 10 und 22, so dass das erste Verbindungselement 15 in Form einer elektrisch leitenden Schicht auf der elektrisch isolierenden Schicht 40 abgeschieden werden kann.
Ähnlich der elektrisch isolierenden Schicht 40 können weitere elektrisch isolierende Schichten bereitgestellt werden, um die Lücken zwischen den Trägern 10 und 22 und den Stiften 35, 37, 39 zu überbrücken, so dass die Verbindungselemente 18, 36 und 38 auf diesen elektrisch isolierenden Schichten platziert werden können.
Weiterhin ist eine weitere elektrisch isolierende Schicht 41 auf den beiden Verbindungselementen 15 und 18 abgeschieden. Die elektrisch isolierende Schicht 41 kann wärmeleitend sein. Die isolierende Schicht 41 verhindert, dass ein Kühlkörper oder irgendein anderes auf dem Modul 500 angeordnetes elektrisch leitendes Element die Verbindungselemente 15 und 18 kurzschließt, gestattet aber einen Energietransfer der durch die Halbleiterchips 13 und 16 erzeugten Wärme. Weiterhin kann die elektrisch isolierende Schicht 41 eine Korrosion der Verbindungselemente 15 und 18 verhindern. Wenn das Modul 500 auf einer Leiterplatte montiert ist und ein Kühlkörper an der Oberseite des Moduls 500 angebracht ist, kann die von den Halbleiterchips 13 und 16 erzeugte Wärme über die Oberseite anstatt über die Unterseite des Moduls 500 abgeleitet werden.
Die Flächeninhalte der ersten Gebiete 20 und 21, die nicht mit dem Formmaterial 19 bedeckt sind, können im Bereich von 0,1 bis 100 mm² liegen, insbesondere von 1 bis 10 mm².
6 veranschaulicht ein Modul 600, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des Moduls 400 ist, im Querschnitt entlang der in 4 gezeigten Linie A-A' dargestellt. Im Gegensatz zu dem Modul 500 enthält das Modul 600 keine elektrisch isolierende Schicht zum Überbrücken der Lücke zwischen den Trägern 10 und 22, doch ist sein erstes Verbindungselement 15 als ein Clip implementiert, der die Sourceelektrode 31 des ersten Halbleiterchips 13 mit dem zweiten Träger 22 verbindet. Der Clip 15 kann aus einem Metall, beispielsweise Kupfer, Eisen oder Nickel, einer Metalllegierung oder irgendeinem anderen elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein.
Die in 4 bis 6 dargestellten Module 400 bis 600 sind vom drahtfreien Typ. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Module 400 bis 600 Pins enthalten, die aus dem Formmaterial 19 heraus verlaufen, um als externe Kontaktelemente zu dienen.
In den 7A bis 7F sind verschiedene Stadien der Herstellung des Moduls 500 beispielhaft dargestellt. Zum Herstellen des Moduls 500 werden zuerst die Träger 10 und 22 bereitgestellt (siehe 7A). Die Träger 10 und 22 können aus einem Metall wie etwa Kupfer, Eisen, Nickel oder Aluminium oder einer Metalllegierung oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Die Träger 10 und 22 können beispielsweise Teil eines Systemträgers sein. Die Leistungstransistoren 13 und 16 sind auf den Trägern 10 bzw. 22 montiert, wobei ihre Drainelektroden den Trägern 10 und 22 zugewandt sind (siehe 7B). Die Drainelektroden können elektrisch mit den Trägern 10 und 22 verbunden sein.
Die elektrische Verbindung zwischen den Drainelektroden der Leistungstransistoren 13 und 16 und den Trägern 10 und 22 kann beispielsweise durch Aufschmelzlöten, Vakuumlöten, Diffusionslöten oder adhäsives Bonden unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebers hergestellt werden.
Wenn Diffusionslöten als eine Verbindungstechnik verwendet wird, ist es möglich, Lötmaterialien zu verwenden, die nach dem Ende der Lötoperation an der Grenzfläche zwischen den Trägern 10 und 22 und den Leistungstransistoren 13 und 16 wegen Grenzflächendiffusionsprozessen zu intermetallischen Phasen führen. In diesem Fall ist die Verwendung von AuSn-, AgSn-, CuSn-, AgIn-, AuIn- oder CuIn-Loten denkbar, beispielsweise für einen Träger aus Kupfer oder Eisen-Nickel. Wenn die Leistungstransistoren 13 und 16 adhäsiv an die Träger 10 und 22 gebondet werden, ist es möglich, leitende Kleber zu verwenden, die auf Epoxidharzen basieren können und mit Gold, Silber, Nickel oder Kupfer angereichert sein können, um die elektrische Leitfähigkeit herzustellen.
Eine elektrisch isolierende Folie 40 ist auf den Trägern 10 und 22 abgeschieden, um die Lücke zwischen ihnen zu überbrücken (siehe 7C). Die elektrisch isolierende Folie 40 kann beispielsweise auf die Träger 10 und 22 laminiert sein und kann durch einen Stanzprozess, Laserabtragung oder irgendeinen anderen geeigneten Prozess, der dem Fachmann bekannt ist, strukturiert werden. Die elektrisch isolierende Folie 40 kam aus einem Kunststoff oder synthetischen Material oder aus einem beliebigen anderen Material hergestellt sein.
Die elektrisch isolierende Folie 40 kann als eine Plattform für die Abscheidung weiterer Schichten wie etwa dem ersten Verbindungselement 15 dienen (siehe 7D). Das erste Verbindungselement 15 kann aus ei ner oder mehreren elektrisch leitenden Schichten bestehen. Diese Schichten können durch stromlose und/oder galvanische Plattierungsprozesse hergestellt werden. Alternativ können auch andere Abscheidungsverfahren wie etwa physikalische Abscheidung aus der Dampfphase, chemische Abscheidung aus der Dampfphase, Sputtern, Aufschleuderprozesse, Sprayabscheidung oder Tintenstrahldruck verwendet werden. Kupfer, Eisen, Nickel oder andere Metalle oder Metalllegierungen können als Material verwendet werden. Die Dicke des ersten Verbindungselements 15 kann im Bereich von 10 μm bis 1 mm liegen, insbesondere im Bereich von 50 μm bis 150 μm.
Das Formmaterial 19 wird zum Kapseln des Moduls 500 verwendet (siehe 7E). Das Formmaterial 19 kann einen beliebigen Abschnitt des Bauelements 500 kapseln, lässt aber die ersten Gebiete 20 und 21 der Verbindungselemente 15 und 18 sowie die zweiten Montageoberflächen 12 und 24 der Träger 10 und 22 unbedeckt. Weiterhin bilden, wie in 7E dargestellt, Oberflächen der Verbindungselemente 15 und 18 und eine Oberfläche des Formmaterials 19 eine Ebene auf der Oberseite des Moduls 500. Das gleiche gilt für die Unterseite des Moduls 500, wo Oberflächen der Träger 10 und 22 und eine Oberfläche des Formmaterials 19 eine Ebene bilden. Das Formmaterial 19 kann aus einem beliebigen angemessenen thermoplastischen oder wärmehärtenden Material bestehen, insbesondere kann es aus Material bestehen, das üblicherweise in der gegenwärtigen Halbleiterkapselungstechnologie verwendet wird. Verschiedene Techniken können verwendet werden, um die Komponenten des Bauelements 500 mit dem Formmaterial 19 zu bedecken, beispielsweise Formpressen oder Spritzgießen.
Nach der Kapselung des Moduls 500 mit dem Formmaterial 19 wird die elektrisch isolierende Schicht 41 auf der Oberseite des Moduls 500 abgeschieden. Die elektrisch isolierende Schicht 41 kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material bestehen, beispielsweise kann es aus Metalloxiden, insbesondere Aluminiumoxid, Silberoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Chromoxid oder Zinkoxid, Siliziumoxid, diamantartigem Kohlenstoff, Imiden, organischen Materialien, keramischen Materialien, Gläsern oder Polymeren, wie etwa Parylen, hergestellt sein. Die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht 41 kann beispielsweise im Bereich zwischen 10 nm und 150 μm liegen, insbesondere kann sie im Bereich zwischen 1 μm und 20 μm liegen. Das Material und die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht 41 können entsprechend der Anwendung des Moduls 500 gewählt werden, insbesondere die an die Verbindungselemente 15 und 18 angelegten Spannungen. Falls hohe Spannungen an die Verbindungselemente 15 und 18 angelegt werden, sollte dafür gesorgt werden, dass eine ausreichende elektrische Isolation erzielt wird.
Die oben beschriebenen Module 100 bis 600 können beispielsweise als Halbbrücken verwendet werden. Eine zwischen zwei Knoten N1 und N2 angeordnete Grundschaltung einer Halbbrücke 800 ist in 8 dargestellt. Die Halbbrücke 800 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Schaltern S1 und S2. Die Halbleiterchips 13 und 16 können als die beiden Schalter S1 und S2 implementiert sein. Im Vergleich zu dem in 4 dargestellten Modul 400 ist der Knoten N1 die Drainelektrode des ersten Halbleiterchips 13, der zwischen den beiden Schaltern S1 und S2 angeordnete Knoten N3 ist der zweite Träger 22 und der Knoten N3 ist die Sourceelektrode des zweiten Halbleiterchips 16.
Die Halbbrücke 800 kann beispielsweise in Elektronikschaltungen zum Konvertieren von Gleichspannungen, Gleichstrom-Gleichstrom-Konvertern, implementiert sein. Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter können dazu verwendet werden, eine von einer Batterie oder einem Akkumulator gelieferte Eingangsgleichspannung in eine Ausgangs gleichspannung umzuwandeln, die an die Anforderung von nachgeschalteten Elektronikschaltungen angepasst ist. Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter können als Step-Down-Konverter verkörpert sein, bei denen die Ausgangsspannung kleiner ist als die Eingangsspannung, oder als Step-Up-Konverter, bei denen die Ausgangsspannung größer ist als die Eingangsspannung.
Während ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung möglicherweise bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden ist, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie dies für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. In dem Ausmaß, dass die Ausdrücke „enthalten", „haben", „mit" oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen zudem solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen" inklusiv sein. Die Ausdrücke „gekoppelt" und „verbunden" können zusammen mit Ableitungen verwendet worden sein. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke verwendet worden sind, um anzuzeigen, dass zwei Elmente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt stehen, oder sie nicht in direkten Kontakt miteinander stehen. Weiterhin ist zu verstehen, dass Ausführungsformen der Erfindung in diskreten Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder ganz integrierten Schaltungen oder Programmierungsmitteln implementiert sein können. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft" lediglich als ein Beispiel gedacht, anstatt das Beste oder Optimale. Es versteht sich außerdem, dass hierin gezeigte Merkmale und/oder Elemente der Einfachheit halber und zum leichten Verstehen mit bestimmten Abmessungen relativ zueinander dargestellt worden sind und dass tatsächliche Abmessun gen von denen hierin dargestellten substantiell differieren können.
Wenngleich spezifische Ausführungsformen hierin dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Adaptionen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon beschränkt werden.

Claims

Modul, umfassend: einen ersten Träger mit einer ersten Montageoberfläche und einer zweiten Montageoberfläche; einen auf der ersten Montageoberfläche des ersten Trägers montierten ersten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche; ein mit der ersten Oberfläche des ersten Halbleiterchips verbundenes erstes Verbindungselement; einen zweiten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche; ein mit der ersten Oberfläche des zweiten Halbleiterchips verbundenes zweites Verbindungselement und ein das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement nur teilweise bedeckendes Formmaterial.
Modul nach Anspruch 1, wobei der zweite Halbleiterchip an einem zweiten Träger montiert ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei das erste Verbindungselement und/oder das zweite Verbindungselement Clips oder elektrisch leitende Schichten sind.
Modul nach Anspruch 1, wobei das erste Verbindungselement mit dem zweiten Träger verbunden ist.
Modul nach Anspruch 2, wobei das zweite Verbindungselement mit dem ersten Träger verbunden ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei das Formmaterial ein erstes Gebiet des ersten Verbindungselements unbedeckt lässt.
Modul nach Anspruch 1, wobei das Formmaterial ein erstes Gebiet des zweiten Verbindungselements unbedeckt lässt.
Modul nach Anspruch 7, wobei eine elektrisch isolierende Schicht über dem ersten Gebiet des ersten Verbindungselements und/oder dem ersten Gebiet des zweiten Verbindungselements angeordnet ist.
Modul nach Anspruch 8, wobei die elektrisch isolierend Schicht wärmeleitend ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement elektrisch voneinander getrennt sind.
Modul nach Anspruch 1, wobei der erste Halbleiterchip und/oder der zweite Halbleiterchip Leistungshalbleiter sind.
Bauelement, umfassend: eine Leiterplatte; einen auf der Leiterplatte montierten ersten Träger mit einer ersten Montageoberfläche und einer zweiten, der Leiterplatte zugewandten Montageoberfläche; einen auf der ersten Montageoberfläche des ersten Trägers montierten ersten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger weggewandten ersten Oberfläche; ein mit der ersten Oberfläche des ersten Halbleiterchips verbundenes erstes Verbindungselement; einen zweiten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche; ein mit der ersten Oberfläche des zweiten Halbleiterchips verbundenes zweites Verbindungselement; und ein das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement nur teilweise bedeckendes Formmaterial.
Bauelement nach Anspruch 12, weiterhin umfassend einen über dem ersten Verbindungselement und/oder dem zweiten Verbindungselement angeordneten Kühlkörper.
Modul, umfassend: einen ersten Träger; einen auf dem ersten Träger montierten ersten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche; eine mit der ersten Oberfläche des ersten Halbleiterchips verbundene erste Verbindungsstruktur; einen zweiten Halbleiterchip mit einer von dem ersten Träger wegweisenden ersten Oberfläche; eine mit der ersten Oberfläche des zweiten Halbleiterchips verbundene zweite Verbindungsstruktur; und ein die erste Verbindungsstruktur und die zweite Verbindungsstruktur bedeckendes Formmaterial, wobei ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet der ersten Verbindungsstruktur und ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet der zweiten Verbindungsstruktur unbedeckt bleiben.
Modul nach Anspruch 14, wobei die erste Verbindungsstruktur und die zweite Verbindungsstruktur elektrisch getrennt sind.
Modul nach Anspruch 14, wobei der zweite Halbleiterchip auf einem zweiten Träger montiert ist.
Modul nach Anspruch 16, wobei die erste Verbindungsstruktur ein erstes Verbindungselement und den zweiten Träger umfasst.
Modul nach Anspruch 14, wobei die zweite Verbindungsstruktur ein zweites Verbindungselement und einen Pin umfasst.
Modul nach Anspruch 18, wobei das erste Verbindungselement und/oder das zweite Verbindungselement Clips oder elektrisch leitfähige Schichten sind.
Modul nach Anspruch 14, wobei eine elektrisch isolierende Schicht über den ersten Gebieten der ersten und zweiten Verbindungsstruktur angeordnet ist.
Modul nach Anspruch 20, wobei die elektrisch isolierende Schicht wärmeleitend ist.
Verfahren, umfassend: Montieren eines ersten Halbleiterchips auf einen ersten Träger; Montieren eines zweiten Halbleiterchips auf einen zweiten Träger; Verbinden des ersten Halbleiterchips und des zweiten Trägers mit einem ersten Verbindungselement; Platzieren eines zweiten Verbindungselements über dem zweiten Halbleiterchip; und Bedecken des ersten Verbindungselements und des zweiten Verbindungselements nur teilweise mit einem Formmaterial.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine erste elektrisch isolierende Schicht auf dem ersten und zweiten Träger unter Überbrückung einer Lücke zwischen ihnen abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei eine elektrisch leitende Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine zweite elektrisch isolierende Schicht auf dem ersten und zweiten Verbindungselement abgeschieden wird.