DE102008029644B4 - Halbleiterbauelement als Modul und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Abstract
Modul, umfassend: einen Träger (11); einen auf dem Träger (11) aufgebrachten Halbleiterchip (10); und ein externes Kontaktelement (12) mit einem ersten Kontaktabschnitt (13) und einem zweiten Kontaktabschnitt (14), der sich senkrecht zu dem ersten Kontaktabschnitt (13) erstreckt, wobei eine Dicke des zweiten Kontaktabschnitts (14) kleiner ist als eine Dicke des Trägers (11), wobei der Träger (11) und der erste Kontaktabschnitt (13) eine Montageebene definieren, und wobei der zweite Kontaktabschnitt (14) auf einer seitlichen Oberfläche des Module angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, mit einem Lotmaterial (25) bedeckt zu werden.
Description
- Allgemeiner Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Montage.
- Leistungshalbleiterchips können beispielsweise in Halbleiterbauelemente integriert sein. Leistungshalbleiterchips eignen sich insbesondere für das Schalten oder Steuern von Strömen und/oder Spannungen.
- Die Druckschrift
US 6 682 957 B2 offenbart eine Vorrichtung mit einem Träger, einem Halbleiterchip und einem externen Kontaktelement mit mehreren Abschnitten. Ein über den Seitenflächen der Vorrichtung angeordneter Abschnitt des externen Kontaktelements wird dazu verwendet, die über den Hauptflächen der Vorrichtung angeordneten Abschnitte elektrisch miteinander zu koppeln. Dadurch wird es ermöglicht, die Vorrichtung mit jeder der beiden Hauptflächen auf einer Leiterplatte zu montieren. - Die Druckschrift
US 6 730 544 B1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Halbleiterchip, der auf einem Träger montiert ist und an ein externes Kontaktelement gekoppelt ist. Das externe Kontaktelement umfasst zwei zueinander senkrechte Abschnitte. Die Abschnitte des externen Kontaktelements werden dazu verwendet, die Unterseite und die Oberseite der Vorrichtung elektrisch miteinander zu koppeln. Hierdurch wird es ermöglicht, mehrere der Vorrichtungen übereinander zu stapeln. - Die Druckschrift
US 6 841 869 B1 offenbart ein Substrat aus dielektrischem Material auf dessen Ober- und Unterseite elektrische Leitungen angeordnet sind. Ein Leistungshalbleiterchip und eine integrierte Schaltung sind auf dem Substrat angeordnet und mit den elektrischen Leitungen verbunden. - Die Druckschrift
DE 696 03 664 T2 offenbart ein keramisches Substrat mit darauf angeordneten Halbleiterchips. Die Unterseite und die Seitenflächen des Substrats sind mit einem leitfähigen Material bedeckt, welches als Wärmesenke fungiert. - Aus diesen und anderen. Gründen besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Halbleiterbauelement in Form eines Moduls.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1A bis1C veranschaulichen schematisch ein Modul100 in einem Querschnitt und einer Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
2 veranschaulicht schematisch ein Bauelement200 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
3 veranschaulicht schematisch ein Modul300 in einer Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
4 veranschaulicht schematisch ein Modul400 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
5 veranschaulicht schematisch ein Modul500 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
6 veranschaulicht schematisch ein Modul600 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
7A bis7E veranschaulichen schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Moduls700 . -
8A bis8G veranschaulichen schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Moduls800 . - Ausführliche Beschreibung
- Module mit einem auf einem Träger aufgebrachten Halbleiterchip werden unten beschrieben. Der Träger kann eine beliebige Gestalt oder Größe aufweisen oder aus einem beliebigen Material bestehen. Während der Herstellung des Moduls kann der Träger auf eine Weise bereitgestellt werden, dass andere Träger in der Nahe angeordnet sind und durch Verbindungsmittel oder ein Verbindungsstück mit dem Träger verbunden sind, mit dem Zweck, die Träger zu trennen. Der Träger kann aus Metallen oder Metalllegierungen hergestellt sein, insbesondere Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder anderen Materialien. Er kann weiterhin elektrisch leitend sein. Der Träger kann beispielsweise ein Systemträger (Leadframe) oder ein Teil eines Systemträgers wie etwa ein Diepad (Chipträger) sein. Weiterhin kann der Träger bei einigen Ausführungsformen auch aus einem Keramikmaterial wie etwa Aluminiumoxid hergestellt sein, und der Träger kann in diesem Fall elektrisch isolierend sein.
- Die unten beschriebenen Module enthalten externe Kontaktelemente. Die externen Kontaktelemente können von außerhalb des Moduls zugänglich sein und können somit das Herstellen eines elektrischen Kontakts mit den Halbleiterchips von außerhalb des Moduls gestatten. Weiterhin können die externen Kontaktelemente wärmeleitend sein und als Kühlkörper zum Ableiten der von den Halbleiterchips erzeugten Hitze dienen. Die externen Kontaktelemente können aus einem beliebigen gewünschten elektrisch leitenden Material bestehen, beispielsweise einem Metall wie etwa Kupfer, Aluminium oder Gold, einer Metalllegierung oder einem elektrisch leitenden organischen Material.
- Oberflachen des Tragers und/oder eines oder mehrere der externen Kontaktelemente können eine Montageebene bilden. Die Montageebene kann dazu dienen, das Modul auf einer anderen Komponente, wie etwa beispielsweise einer Leiterplatte, zu montieren.
- 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, das heißt, dass die Halbleiterchips derart hergestellt sein konnen, dass elektrische Ströme in einer Richtung senkrecht zu den Hauptoberfläche der Halbleiterchips fließen können. Ein Halbleiterchip mit einer vertikalen Struktur kann Kontaktelemente insbesondere auf seinen beiden Hauptoberflächen aufweisen, das heißt auf seiner Oberseite und Unterseite. Insbesondere können Leistungstransistoren und Leistungsdioden eine vertikale Struktur besitzen. Als Beispiel 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 ausgeführt sein. Weiterhin können die unten beschriebenen Module integrierte Schaltungen zum Steuern der integrierten Schaltungen von anderen Halbleiterchips enthalten, beispielsweise der integrierten Schaltungen von Leistungstransistoren oder Leistungsdioden. Die Halbleiterchips brauchen nicht aus spezifischem Halbleitermaterial hergestellt zu sein und konnen weiter anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie etwa beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle. Außerdem können die Halbleiterchips gekapselt oder ungekapselt sein.
- Die Module können ein Formmaterial (Pressmaterial) 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 konnen verwendet werden, um die Komponenten mit dem Formmaterial zu bedecken, beispielsweise Formpressen oder Spritzgießen.
-
1A veranschaulicht ein Modul100 in einem Querschnitt als ein Ausfuhrungsbeispiel. Das Modul100 enthalt einen Halbleiterchip10 , der auf einem Träger11 montiert ist. Das Modul100 enthält weiterhin ein externes Kontaktelement12 , das einen ersten Abschnitt13 und einen zweiten Abschnitt14 aufweist, wobei der zweite Abschnitt14 senkrecht zu dem ersten Abschnitt13 angeordnet ist. Der Träger11 besitzt eine Dicke d1, die größer ist als eine Dicke d2 des zweiten Abschnitts14 des externen Kontaktelements12 . - Zudem kann das Modul
100 ein externes Kontaktelement15 mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt enthalten, die einen rechten Winkel ähnlich dem externen Kontaktelement12 bilden. Elektrisch leitende Schichten16 und17 können auf dem Träger11 und den externen Kontaktelementen12 und15 abgeschieden sein. Die elektrisch leitenden Schichten16 und17 können in Dielektrikumsschichten18 und19 eingebettet sein. Der Halbleiterchip10 kann Kontaktpads20 ,21 sowie22 aufweisen und auf der elektrisch leitenden Schicht17 so montiert sein, dass seine Kontaktpads20 ,21 und22 der elektrisch leitenden Schicht17 zugewandt sind. Der Halbleiterchip10 kann mit einem Formmaterial23 bedeckt sein. - Der Träger
11 und die externen Kontaktelemente12 und15 können aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein und können dazu verwendet werden, den Halbleiterchip10 elektrisch an Komponenten außerhalb des Moduls100 zu koppeln. Zu diesem Zweck sind die Kontaktpads20 bis22 elektrisch mit dem Träger11 und den externen Kontaktelementen12 und15 über die elektrisch leitenden Schichten16 und17 verbunden, wie in1A dargestellt. - Der Halbleiterchip
10 kann ein Leistungshalbleiterchip sein, insbesondere ein Leistungstransistor. Im letzteren Fall können die Kontaktpads20 und22 der Source- bzw. Drainanschluss sein und das Kontaktpad21 kann der Gateanschluss sein. - Der Trager
11 und mindestens die ersten Abschnitte der externen Kontaktelemente12 und15 können beispielsweise Teil eines Systemträgers sein. Der Systemträger kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Eisen-Nickel-Legierung hergestellt sein. Die unteren Oberflächen des Tragers11 und der externen Kontaktelemente12 und15 können eine Montageebene zum Montieren des Bauelements100 auf externen Komponenten bilden. - Zusätzlich zu dem Träger
11 kann der erste Abschnitt13 des externen Kontaktelements12 auch eine größere Dicke als der zweite Abschnitt14 aufweisen. Das externe Kontaktelement15 kann die gleiche Geometrie und die gleichen Abmessungen wie das externe Kontaktelement12 aufweisen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Träger11 eine großere Dicke besitzt als der erste Abschnitt13 des ersten Kontaktelements13 . Die Dicke des Trägers11 und der ersten Abschnitte der externen Kontaktelemente12 und15 können im Bereich zwischen 100 μm und 2 mm liegen. Die Dicke des zweiten Abschnitts der externen Kontaktelemente12 und15 kann im Bereich zwischen 5 μm und 500 μm und insbesondere im Bereich zwischen 10 μm und 50 μm liegen. - Der zweite Abschnitt
14 des externen Kontaktelements12 kann bis zur oberen Oberfläche des Formmaterials23 reichen, kann aber auch kleiner sein. Insbesondere kann die Höhe des zweiten Abschnitts14 im Bereich zwischen der Hälfte der Hohe des Formmaterials23 und der ganzen Höhe des Formmaterials23 liegen. Die Hohe des zweiten Abschnitts14 des externen Kontaktelements12 kann größer sein als die Höhe des Trägers11 . Die Höhe des zweiten Abschnitts14 kann ebenfalls größer sein als die Hohe des ersten Abschnitts13 des externen Kontaktelements12 , wenn die Höhe in einer Richtung senkrecht zu der Montageebene gemessen wird. - In den
1B und1C sind zwei verschiedene Implementierungen des Moduls100 schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Hier sind nur die obere Oberfläche des Formmaterials23 und die externen Kontaktelemente12 und15 dargestellt. Bei der Ausführungsform von18 bedeckt jeder der zweiten Abschnitte der externen Kontaktelemente12 und15 nur die untere Oberflache und eine seitliche Oberfläche des Formmaterials23 . Es kann vorgesehen sein, dass bis zu 30 oder 40 oder 50 oder 60 oder 70 oder 80 oder 90 oder 100% der jeweiligen seitlichen Oberfläche des Formmaterials23 durch das jeweiligen externe Kontaktelement12 oder15 bedeckt sind. Bei der Ausführungsform von1C bedecken die externen Kontaktelemente12 und15 zusätzlich Teile der benachbarten seitlichen Oberflächen des Formmaterials23 . - Die exponierten Oberflächen der externen Kontaktelemente
12 und15 und des Trägers11 können verwendet werden, um das Modul100 elektrisch an andere Komponenten zu koppeln. Dies ist beispielhaft in2 dargestellt. Dort ist ein Ausschnitt eines Bauelements200 schematisch dargestellt, das das Modul100 enthält, das auf einer Leiterplatte24 montiert ist, beispielsweise einer PCB (Printed Circuit Board – gedruckte Leiterplatte). Die exponierten Oberflächen der externen Kontaktelemente12 und15 und des Trägers11 können an Kontaktbereiche der Leiterplatte24 gelötet sein. Dadurch können die exponierten Oberflächen der zweiten Abschnitte der externen Kontaktelemente12 und15 auch mit Lötmaterial25 bedeckt sein. Die zweiten Abschnitte der externen Kontaktelemente12 und15 vergroßern den zum Kontaktieren mit der Leiterplatte24 verfügbaren Kontaktbereich. Die Verwendung der seitlichen Oberflächen des Moduls100 als zusätzliche Kontaktoberfläche ermöglicht, dass stärkere Ströme von und zu dem Modul100 fließen. Weiterhin kann der Basisbereich des Moduls100 verringert werden, während der maximal zulassige Strom durch die Drain- und Sourceanschlusse konstant gehalten wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jedes der externen Kontaktelemente12 und15 eine exponierte Oberfläche von mindestens 0,5 mm2 aufweist, wenn Ströme höher als 10 A sind. - Die zweiten Abschnitte der externen Kontaktelemente
12 und15 , die die seitlichen Oberflächen des Moduls100 bedecken, konnen auch zum Ableiten der von dem Halbleiterchip10 erzeugten Hitze verwendet werden. Beispielsweise kann eine Wärmesenke oder ein Kühlelement an den zweiten Abschnitten der externen Kontaktelemente12 und15 angebracht oder thermisch an diese gekoppelt sein. -
3 veranschaulicht ein Modul300 in einer Draufsicht als ein weiteres Ausführungsbeispiel. Analog zu den externen Kontaktelementen12 und15 des Moduls100 enthält das Modul300 mehrere externe Kontaktelemente26 und27 , die Teile der unteren Oberflache und der seitlichen Oberflachen des Moduls300 bedecken. Das Modul300 kann mehr als einen Halbleiterchip enthalten, beispielsweise zwei Leistungstransistoren. Im letzteren Fall können die externen Kontaktelemente26 als Source- und Drainanschlüsse eines der Leistungstransistoren dienen, und die externen Kontaktelemente27 können der Source- und Drainanschluss des anderen Leistungstransistors sein. -
4 veranschaulicht ein Modul400 in einem Querschnitt als weiteres Ausfuhrungsbeispiel. Das Modul400 enthält einen Leistungshalbleiterchip40 und einen Steuerhalbleiterchip41 , die auf einem Trager42 montiert sind. Das Modul400 enthält weiterhin ein erstes externes Kontaktelement43 und ein zweites externes Kontaktelement44 , die an den Leistungshalbleiterchip40 bzw. den Steuerhalbleiterchip41 gekoppelt sind. Die unteren Oberflächen des Trägers42 und der externen Kontaktelemente43 und44 bilden eine Montageebene zum Montieren des Bauelements400 auf externen Komponenten. Die ersten und zweiten externen Kontaktelemente43 und44 erstrecken sich in einer Richtung45 senkrecht zu der Montageebene, wobei die Ausdehnung des ersten externen Kontaktelements43 in der Richtung45 großer ist als die Ausdehnung des zweiten externen Kontaktelements44 . Ein Abschnitt des ersten externen Kontaktelements43 kann mindestens eine seitliche Oberfläche des Moduls400 bilden. - Der Leistungshalbleiterchip
40 kann ein vertikaler Leistungshalbleiter sein, insbesondere ein Leistungstransistor oder eine Leistungsdiode. Für den Fall, dass der Halbleiterchip40 ein Leistungstransistor ist, kann seine Drainelektrode46 elektrisch mit dem Träger42 verbunden sein, der elektrisch leitend sein kann. Auf der Hauptoberfläche des Leistungstransistors40 , von dem Träger42 weggewandt, sind die Sourceelektrode47 und die Gateelektrode48 platziert. Ein oder mehrere Banddrähte oder andere Verbindungselemente wie etwa Clips können die Sourceelektrode47 elektrisch mit dem ersten externen Kontaktelement43 verbinden. Die Gateelektrode48 kann an ein Kontaktpad49 des Steuerhalbleiterchips41 angeschlossen sein. Ein anderes Kontaktpad (Kontaktfläche)50 des Steuerhalbleiterchips41 kann an das zweite externe Kontaktelement44 angeschlossen sein. Die Funktion des Steuerhalbleiterchips41 kann darin liegen, den Leistungshalbleiterchip40 zu steuern. Eine elektrisch isolierende Schicht51 kann zwischen dem Steuerhalbleiterchip41 und dem Träger42 angeordnet sein, wodurch der Steuerhalbleiterchip41 elektrisch von dem elektrisch leitenden Träger42 isoliert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die elektrisch isolierende Schicht51 Kleber, eine Folie oder ein Stuck Keramik sein. Die Halbleiterchips40 und41 konnen mit einem Formmaterial52 bedeckt sein. - Die vergrößerte Oberfläche des ersten externen Kontaktelements
43 kann nützlich sein, wenn starke Ströme durch die Sourceelektrode47 des Leistungshalbleiterchips40 fließen. Das erste externe Kontaktelement43 und insbesondere sein eine oder mehrere seitliche Oberflachen des Formmaterials52 bedeckender Abschnitt konnen zum Ableiten von von den Halbleiterchips40 und41 erzeugter Hitze beitragen. -
5 veranschaulicht ein Modul500 in einem Querschnitt als weiteres Ausführungsbeispiel. Das Modul500 enthält einen Keramikträger60 , der beispielsweise aus Al2O3 oder einem anderen elektrisch isolierenden Keramikmaterial hergestellt ist. Externe Kontaktelemente61 ,62 und63 sind auf der oberen und unteren Oberfläche sowie mindestens einigen der seitlichen Oberflächen des Keramikträgers60 aufgebracht. Die externen Kontaktelemente61 bis63 können aus einem Metall wie etwa Kupfer, Gold oder Aluminium oder einer Metalllegierung oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt sein. - Auf den oberen Abschnitten der externen Kontaktelemente
61 und62 ist ein Halbleiterchip64 platziert. Der Halbleiterchip64 kann ein Leistungstransistor mit einer Drainelektrode65 , einer Sourceelektrode66 und einer Gateelektrode67 sein. Die Drainelektrode65 bzw. die Sourceelektrode66 kann an dem externen Kontaktelement61 bzw.62 beispielsweise durch Aufschmelzlöten, Vakuumlöten, Diffusionslöten oder Klebeverbinden unter Einsatz eines elektrisch leitenden Klebers angebracht sein. Die Gateelektrode67 kann mit dem externen Kontaktelement63 über ein auf der oberen Oberfläche des Keramikträgers60 angeordnetes Kontaktelement68 und ein mit einem elektrisch leitenden Material gefülltes Durchkontaktloch69 verbunden sein. - Die obere Oberfläche des Keramikträgers
60 einschließlich des Halbleiterchip64 können mit einem Formmaterial70 bedeckt sein, wodurch die seitlichen Oberflachen des Keramikträgers60 , auf dem die externen Kontaktelemente61 und62 angebracht sind, unbedeckt bleiben. Dies ermöglicht es, die seitlichen Oberflächen des Keramiktragers mit Lötmaterial zu beschichten (ahnlich2 ), wenn das Modul500 auf einer anderen Komponente wie etwa einer Leiterplatte montiert wird. - In
6 ist ein Modul600 schematisch dargestellt, das eine Variation des Moduls500 ist. Im Gegensatz zu dem Modul500 ist der Keramikträger60 des Moduls600 auf einem Systemträger71 montiert, der ähnlich dem Systemträger11 ,12 ,15 von1A ist und der Abschnitte aufweist, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Montageebene erstrecken. Weiterhin sind keine externen Kontaktelemente auf den seitlichen Oberflächen des Keramikträgers60 des Moduls600 platziert. Stattdessen dient der Systemträger71 als externes Kontaktelement. Weiterhin besitzt der Keramikträger des Moduls600 zwei zusätzliche Durchkontaktlöcher72 und73 , die mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt sind. Jedes der Durchkontaktlöcher69 ,72 und73 ist mit einem jeweiligen Kontaktpad74 auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberflache des Keramikträgers60 bedeckt. Die elektrisch leitenden Durchkontaktlöcher69 ,72 und73 sowie die Kontaktpads74 verbinden die Source-, Drain- und Gateelektroden des Halbleiterchips64 mit den jeweiligen Teilen des Systemträgers71 . Die Kontaktpads74 sowie das in den Durchkontaktlöchern69 ,72 und73 abgeschiedene Material kann ein Metall wie etwa Kupfer, Gold oder Aluminium oder eine Metalllegierung oder ein anderes elektrisch leitendes Material sein. - In
7A bis7G sind verschiedene Stadien der Herstellung eines Moduls700 beispielhaft dargestellt. Zum Herstellen des Moduls700 wird zuerst ein Systemtrager bereitgestellt, der externe Kontaktelemente75 und76 sowie einen Träger77 enthält, wie in7A dargestellt. Jedes der externen Kontaktelemente75 und76 weist einen ersten Abschnitt auf, der zusammen mit dem Träger76 eine Montageebene bildet, und einen zweiten Abschnitt, der sich senkrecht zu der Montageebene erstreckt. Der Systemträger kann aus einem Metall, beispielsweise Kupfer, oder einer Legierung, beispielsweise Eisen-Nickel, hergestellt sein. Der Systemträger kann gestanzt oder gefräst sein, um die Vertiefung zu erzeugen, die durch die externen Kontaktelemente75 und76 gebildet wird. Alternativ können die Enden der externen Kontaktelemente75 und76 nach oben gebogen worden sein, um die Gestalt wie in7A dargestellt zu erhalten. - Die obere Oberflache des Trägers
77 und Abschnitte der externen Kontaktelemente75 und76 bilden eine Ebene, auf der eine elektrisch isolierende Folie78 abgeschieden ist, um die Lucken zwischen dem Träger77 und den externen Kontaktelementen75 und76 zu überbrücken und um als eine Plattform für die Abscheidung von weiteren Schichten zu dienen (siehe7B ). Die elektrisch isolierende Folie78 kann beispielsweise auf den Träger77 und die externen Kontaktelemente75 und76 laminiert sein und kann wie in7B dargestellt durch einen Stanzprozess, Laserabtragung oder irgendeinen anderen geeigneten Prozess, der einem Fachmann bekannt ist, strukturiert sein. Die elektrisch isolierende Folie78 kann aus einem Kunststoff- oder Synthetikmaterial oder einem beliebigen anderen geeigneten Material hergestellt sein. - Die in der elektrisch isolierenden Folie
78 erzeugten Löcher können mit einer Metall- oder einer Metalllegierungsschicht79 gefüllt sein (siehe7C ). Dann kann eine Dielektrikumsschicht80 , beispielsweise eine Siliziumnitrid- oder Fotolackschicht, auf der elektrisch isolierenden Folie78 abgeschieden werden und kann strukturiert werden. Die Löcher in der Dielektrikumsschicht80 können mit einer Metall- oder einer Metalllegierungsschicht81 gefullt sein. Die Schichten79 und81 konnen durch stromlose und/oder galvanische Plattierungsprozesse hergestellt werden. Alternativ können andere Abscheidungsverfahren wie etwa physikalische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Abscheidung aus der Gasphase, Sputtern, Aufschleuderprozesse, Sprayabscheidung oder Tintenstrahldruck ebenfalls verwendet werden. Kupfer, Eisen, Nickel oder andere Metalle oder Metalllegierungen können als Material verwendet werden. Die Dicke der Schichten79 und81 kann im Bereich von 10 μm bis 1 mm liegen, insbesondere im Bereich von 50 μm bis 150 μm. - Ein Halbleiterchip
82 ist auf der Schicht81 montiert, wobei seine Kontaktpads der Schicht81 zugewandt sind (siehe7D ). Falls der Halbleiterchip82 ein Leistungstransistor ist, sind seine Kontaktpads Source-, Drain- und Gateelektroden und sind mit den Sektionen der Schicht81 verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden der Leistungstransistoren82 und der Schicht81 können beispielsweise durch Aufschmelzlöten, Vakuumlöten, Diffusionslöten oder Klebeverbinden unter Einsatz eines elektrisch leitenden 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 dem Leistungstransistor
82 und der Schicht81 aufgrund von Grenzflächendiffusionsprozessen zu intermetallischen Phasen führen. In diesem Fall ist die Verwendung von AuSn-, AgSn-, CuSn-, AgIn-, AuIn- oder CuIn-Löten denkbar. Wenn der Leistungstransistor82 adhäsiv an die Schicht81 gebondet wird, ist es möglich, leitende Kleber zu verwenden, die auf Epoxidharzen basiert und mit Gold, Silber, Nickel oder Kupfer angereichert sein können, um die elektrische Leitfahigkeit zu erzeugen. - Ein Formmaterial
83 wird verwendet, um das Modul700 zu kapseln (siehe7E ). Das Formmaterial83 kann einen beliebigen Abschnitt des Moduls700 kapseln, lässt aber die außeren Oberflächen der externen Kontaktelemente75 und76 sowie den Träger77 unbedeckt. Das Formmaterial83 kann aus einem beliebigen angemessenen thermoplastischen oder wärmehärtenden Material bestehen, insbesondere kann es aus einem Material bestehen, das üblicherweise in der gegenwärtigen Halbleiterkapselungstechnologie verwendet wird. Verschiedene Techniken können angewendet werden, um die Komponenten des Moduls700 mit dem Formmaterial83 zu bedecken, beispielsweise Formpressen oder Spritzgießen. - Das Modul
700 ist identisch mit dem in1 dargestellten Modul100 , mit der Ausnahme, dass keine Begrenzungen hinsichtlich der Dicke der seitlichen Abschnitte der externen Kontaktelemente75 und76 vorliegen. Somit können die seitlichen Abschnitte der externen Kontaktelemente75 und76 die gleiche Dicke aufweisen oder können sogar dicker sein als der Träger77 . - In den
8A bis8G sind verschiedene Stadien der Herstellung eines Moduls800 beispielhaft dargestellt. Das in8A bis8G dargestellte Herstellungsverfahren ist eine Variation des in7A bis7E dargestellten Herstellungsverfahrens. Im Gegensatz zu dem Verfahren der7A bis7E ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Systemträger bereitgestellt einschließlich externer Kontaktelemente84 und85 sowie ein Trager86 , der im wesentlichen coplanare obere und untere Oberflächen aufweisen kann (siehe8A ). Die Herstellungsprozesse des in8B bis8E dargestellten Moduls800 können den in7B bis7E dargestellten Herstellungsprozessen ähnlich oder identisch sein. - Nach der Kapselung des Moduls
800 mit einem Formmaterial87 können einige der seitlichen Oberflächen des Formmaterials87 mit einer elektrisch leitenden Keimschicht88 bedeckt sein (siehe8F ). Ein stromloses Abscheidungsverfahren kann verwendet werden, um die Keimschicht88 herzustellen. Die Keimschicht88 kann eine Dicke von bis zu 1 μm aufweisen und kann beispielsweise aus Zink bestehen. - Die elektrische Leitfähigkeit der Keimschicht
88 kann verwendet werden, um eine elektrisch leitende Schicht89 auf der Keimschicht88 galvanisch abzuscheiden. Die elektrisch leitende Schicht89 kann beispielsweise aus Kupfer bestehen und kann eine Dicke von bis zu 100 μm und insbesondere im Bereich zwischen 1 μm und 10 μm aufweisen. Während der galvanischen Abscheidung der elektrisch leitenden Schicht89 können die externen Kontaktelemente84 und85 als Elektroden dienen. - Die Keimschicht
88 und die elektrisch leitende Schicht89 sind elektrisch mit den jeweiligen externen Kontaktelementen84 und85 verbunden, so dass sie als die seitlichen Abschnitte der externen Kontaktelemente84 und85 dienen können ähnlich den externen Kontaktelementen12 und15 des in1A dargestellten Bauelements100 . Als eine Alternative zu der stromlosen und galvanischen Abscheidung der Schichten88 und89 können zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht auf mindestens einer seitlichen Oberfläche des Formmaterials87 andere Abscheidungsverfahren verwendet werden wie etwa physikalische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Abscheidung aus der Gasphase, Sputtern, Aufschleuderprozesse, Sprayabscheidung oder Tintenstrahldruck.
Claims (24)
- Modul, umfassend: einen Träger (
11 ); einen auf dem Träger (11 ) aufgebrachten Halbleiterchip (10 ); und ein externes Kontaktelement (12 ) mit einem ersten Kontaktabschnitt (13 ) und einem zweiten Kontaktabschnitt (14 ), der sich senkrecht zu dem ersten Kontaktabschnitt (13 ) erstreckt, wobei eine Dicke des zweiten Kontaktabschnitts (14 ) kleiner ist als eine Dicke des Trägers (11 ), wobei der Träger (11 ) und der erste Kontaktabschnitt (13 ) eine Montageebene definieren, und wobei der zweite Kontaktabschnitt (14 ) auf einer seitlichen Oberfläche des Module angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, mit einem Lotmaterial (25 ) bedeckt zu werden. - Modul nach Anspruch 1, wobei die Dicke des zweiten Kontaktabschnitts (
14 ) des externen Kontaktelements (12 ) kleiner ist als eine Dicke des ersten Kontaktabschnitts (13 ) des externen Kontaktelements (12 ). - Modul nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterchip (
10 ) ein Leistungshalbleiterchip ist. - Modul nach Anspruch 1, wobei der Träger (
11 ) und das externe Kontaktelement (12 ) Teile eines Systemträgers sind. - Modul nach Anspruch 1, wobei das externe Kontaktelement (
12 ) eine Vertiefung aufweist, auf der der Halbleiterchip (10 ) angebracht wird. - Modul nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein den Halbleiterchip (
10 ) bedeckendes Formmaterial (23 ), wobei der zweite Kontaktabschnitt (14 ) des externen Kontaktelements (12 ) eine Höhe im Bereich zwischen der Hälfte der Höhe des Formmaterials (25 ) und der ganzen Höhe des Formmaterials (25 ) besitzt. - Modul, umfassend: einen Leistungshalbleiterchip (
40 ); einen Steuerhalbleiterchip (41 ); ein den Leistungshalbleiterchip (40 ) bedeckendes Formmaterial (52 ); ein erstes externes Kontaktelement (43 ), das elektrisch an den Leistungshalbleiterchip (40 ) gekoppelt ist, wobei das erste Kontaktelement (43 ) an einer seitlichen Oberfläche des Formmaterials (52 ) angebracht ist; ein zweites externes Kontaktelement (44 ), das elektrisch an den Steuerhalbleiterchip (41 ) gekoppelt ist; und wobei das erste externe Kontaktelement (43 ) und zweite externe Kontaktelement (44 ) eine Montageebene definieren und sich in einer ersten Richtung senkrecht zu der Montageebene erstrecken, wobei die Erstreckung des ersten externen Kontaktelements (43 ) in der ersten Richtung größer ist als die Erstreckung des zweiten externen Kontaktelements (44 ) in der ersten Richtung. - Modul nach Anspruch 7, wobei der Leistungshalbleiterchip (
40 ) ein erstes Kontaktpad auf einer ersten Hauptoberfläche und ein zweites Kontaktpad auf einer zweiten Hauptoberfläche aufweist. - Modul nach Anspruch 7, wobei Abschnitte des ersten externen Kontaktelements (
43 ) und zweiten externen Kontaktelements (44 ) eine Montageebene definieren. - Modul, umfassend: einen Keramikträger (
60 ) mit einer ersten Hauptoberfläche, einer gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche und seitlichen Oberflächen, wobei der Keramikträger (60 ) ein mit einem elektrisch leitenden Material gefülltes Durchkontaktloch (69 ) umfasst; ein auf der ersten Hauptoberfläche und mindestens einer der seitlichen Oberflächen des Keramikträgers (60 ) aufgebrachtes externes Kontaktelement (61 ,62 ); und einen auf der zweiten Hauptoberfläche des Keramikträgers (60 ) angeordneten Halbleiterchip (64 ). - Modul nach Anspruch 10, wobei das externe Kontaktelement (
61 ,62 ) Teil eines Systemträgers ist. - Modul nach Anspruch 10, wobei das externe Kontaktelement (
61 ,62 ) eine Vertiefung aufweist, auf der der Keramikträger (60 ) angebracht wird. - Modul nach Anspruch 10, wobei der Halbleiterchip (
64 ) ein Leistungshalbleiterchip ist. - Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Trägers (
11 ) und eines externen Kontaktelements (12 ) mit einem ersten Kontaktabschnitt (13 ) und einem zweiten Kontaktabschnitt (14 ), der sich senkrecht zu dem ersten Kontaktabschnitt (13 ) erstreckt, wobei eine Dicke des zweiten Kontaktabschnitts (14 ) kleiner ist als eine Dicke des Trägers (11 ), wobei der Träger (11 ) und der erste Kontaktabschnitt (13 ) eine Montageebene definieren, und wobei der zweite Kontaktabschnitt (14 ) auf einer seitlichen Oberfläche des Moduls angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, mit einem Lötmaterial (25 ) bedeckt zu werden; und Platzieren eines Halbleiterchips (10 ) auf dem Träger (11 ). - Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Formmaterial (
23 ) auf dem Halbleiterchip (10 ) abgeschieden wird, wobei der zweite Kontaktabschnitt (14 ) des externen Kontaktelements (12 ) eine Höhe im Bereich zwischen der Hälfte der Höhe des Formmaterials (23 ) und der ganzen Höhe des Formmaterials (23 ) besitzt. - Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine elektrisch isolierende Schicht (
18 ) auf dem Träger (11 ) und dem externen Kontaktelement (12 ) abgeschieden ist, eine Lücke zwischen ihnen überbrückend. - Verfahren nach Anspruch 15, wobei der zweite Kontaktabschnitt (
14 ) des externen Kontaktelements (12 ) die Erstreckung des Formmaterials (23 ) begrenzt. - Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Halbleiterchip (
10 ) auf dem ersten Kontaktabschnitt (13 ) des externen Kontaktelements (12 ) platziert ist. - Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Träger (
11 ) und das externe Kontaktelement (12 ) Teile eines Systemträgers sind und der Systemträger gestanzt und/oder gefräst und/oder gebogen worden ist. - Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Trägers (
11 ) und eines externen Kontaktelements (12 ); Platzieren eines Halbleiterchips (10 ) auf dem Träger (11 ); Abscheiden eines Formmaterials (83 ) auf dem Halbleiterchip (10 ); und Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials (89 ) auf einer seitlichen Oberfläche des Formmaterials (83 ), wobei das elektrisch leitende Material (89 ) elektrisch an das externe Kontaktelement (12 ) gekoppelt ist. - Verfahren nach Anspruch 20, wobei das elektrisch leitende Material (
89 ) galvanisch abgeschieden wird. - Verfahren nach Anspruch 20, wobei das elektrisch leitende Material (
89 ) durch Schweißen oder Löten an dem externen Kontaktelement (12 ) angebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Träger (
11 ) und das externe Kontaktelement (12 ) bei Bereitstellung coplanare obere und untere Oberflächen aufweisen. - Verfahren nach Anspruch 20, wobei eine elektrisch isolierende Schicht (
18 ) auf dem Träger (11 ) und dem externen Kontaktelement (12 ) abgeschieden wird, eine Lücke zwischen ihnen überbrückend.
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