DE102009042320A1

DE102009042320A1 - Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip

Info

Publication number: DE102009042320A1
Application number: DE102009042320A
Authority: DE
Inventors: Ralf Otremba
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2029-09-22
Also published as: US20100078784A1; DE102009042320B4; US8410590B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung (100) mit einem Chip (10) mit einer ersten bzw. zweiten Elektrode (11, 12) auf einer ersten bzw. zweiten Oberfläche (13, 14), einem Träger (20) und einer ersten Anschlussleitung (21), wobei der Chip (10) derart über dem Träger (20) platziert ist, dass die erste Oberfläche (13) dem Träger (20) zugewandt ist, und eine Metallschicht (16) derart über der zweiten Oberfläche (14) platziert ist, dass eine Oberfläche (18) der Metallschicht (16) und eine Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21) in einer gemeinsamen Montageebene (27) liegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip, ein System, das eine solche Anordnung enthält, und ein Herstellungsverfahren dafür.
Leistungshalbleiterchips können zum Beispiel in elektronische Anordnungen integriert werden. Leistungshalbleiterchips eignen sich insbesondere zum Schalten oder Steuern von Strömen und/oder Spannungen. Leistungshalbleiterchips können zum Beispiel als Leistungs-MOSFETs, IGBTs, JFETs, Leistungsbipolartransistoren oder Leistungsdioden implementiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einem Systemträger und einem auf dem Systemträger angeordneten Leistungshalbleiterchip zu schaffen, wobei die Anordnung eine vorteilhaft ausgestaltete Montageebene aufweist. Ferner sollen eine die Anordnung umfassende Halbbrückenschaltung und ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die beigefügten Zeichnungen sind vorgesehen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen zu geben und sind in die vorliegende Beschreibung integriert und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die fol gende ausführliche Beschreibung verständlicher werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszahlen kennzeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip, einem Systemträger und einer Metallschicht.
2A bis 2C zeigen schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip, einem Systemträger und einer Metallschicht.
3A bis 3F zeigen schematisch eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip und einem Metallclip.
4A bis 4F zeigen schematisch eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip und einer Metallplatte.
5A bis 5G zeigen schematisch eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip und einer elektrochemisch abgeschiedenen Metallschicht.
6 zeigt schematisch eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Anordnung mit einem Leistungshalbleiterchip und zwei elektrochemisch abgeschiedenen Metallschichten.
7 zeigt eine Prinzipschaltung einer Halbbrücke.
8 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Systems mit einer Leiterplatte, drei auf der Leiterplatte montierten Anordnungen und einem Kühlelement.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres” usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern es nicht spezifisch anders erwähnt wird.
In der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „gekoppelt” und/oder „elektrisch gekoppelt” nicht bedeuten, dass die Elemente direkt gekoppelt sein müssen; es können dazwischentretende Elemente zwischen den „gekoppelten” oder „elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein.
Im Folgenden werden Anordnungen beschrieben, die einen oder mehrere Halbleiterchips enthalten. Die Halbleiterchips können von verschiedener Art sein, durch verschiedene Technologien hergestellt werden und zum Beispiel integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen und/oder passive Elemente umfassen. Die Halbleiterchips können zum Beispiel als Leistungshalbleiterchips ausgelegt werden, wie etwa Leistungs-MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), JFETs (Sperrschicht-Feldeffekttransistoren), Leistungsbipolartransistoren oder Leistungsdioden. Ferner können die Halbleiterchips Steuerschaltungen, Mikroprozessoren oder mikroelektromechanische Komponenten umfassen. Bei einer Ausführungsform können Halbleiterchips mit einer Vertikalstruktur vorkommen, das heißt, dass die Halbleiterchips so hergestellt werden können, dass elektrische Ströme in einer zu den Hauptoberflächen der Halbleiterchips senkrechten Richtung fließen können. Ein Halbleiterchip mit Vertikalstruktur kann bei einer Ausführungsform Kontaktelemente auf seinen zwei Hauptoberflächen aufweisen, das heißt auf seiner Oberseite und seiner Unterseite. Bei einer Ausführungsform können Leistungshalbleiterchips eine Vertikalstruktur aufweisen. Beispielsweise können sich die Source-Elektrode und Gate-Elektrode eines Leistungs-MOSFET auf einer Hauptoberfläche befinden, während die Drain-Elektrode des Leistungs-MOSFET auf der anderen Hauptoberfläche angeordnet ist. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Anordnungen integrierte Schaltungen zum Steuern der integrierten Schaltungen anderer Halbleiterchips, wie zum Beispiel der integrierten Schaltungen von Leistungshalbleiterchips, umfassen. Die Halbleiterchips müssen nicht aus spezifischem Halbleitermaterial, wie etwa Si, SiC, SiGe, GaAs, hergestellt werden und können ferner anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die nicht Halbleiter sind, wie zum Beispiel Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle. Darüber hinaus können die Halbleiterchips gekapselt oder ungekapselt sein.
Die Halbleiterchips können Elektroden (oder Kontaktstellen oder Kontaktflächen) aufweisen, die das Herstellen eines e lektrischen Kontakts mit den in den Halbleiterchips enthaltenen integrierten Schaltungen erlauben. Auf die Elektroden der Halbleiterchips können eine oder mehrere Metallschichten aufgebracht werden. Die Metallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Metallschichten können zum Beispiel in Form einer Schicht vorliegen, die einen Bereich überdeckt. Als das Material kann jedes beliebige gewünschte Metall oder jede beliebige gewünschte Metalllegierung verwendet werden, wie zum Beispiel Aluminium, Titan, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Nickel, Chrom oder Nickelvanadium. Die Metallschichten müssen nicht homogen sein oder aus nur einem Material hergestellt werden, das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich. Die Elektroden können sich auf den aktiven Hauptoberflächen der Halbleiterchips oder auf anderen Oberflächen der Halbleiterchips befinden.
Die Halbleiterchips können auf Systemträgern (Leadframes) platziert werden. Die Systemträger können eine beliebige Form, Größe und ein beliebiges Material aufweisen. Die Systemträger können Träger (Die-Pads) und Anschlussleitungen (Leads) umfassen. Während der Herstellung der Anordnungen können die Träger und Anschlussleitungen miteinander verbunden werden. Die Träger und Anschlussleitungen können auch aus einem Stück angefertigt werden. Die Träger und Anschlussleitungen können durch Verbindungsmittel untereinander verbunden sein mit dem Ziel, bestimmte Träger und Anschlussleitungen im Verlauf der Herstellung zu trennen. Die Trennung der Träger und Anschlussleitungen kann durch mechanisches Sägen, einen Laserstrahl, Schneiden, Stanzen, Schleifen, Fräsen, Ätzen oder ein beliebiges anders geeignetes Verfahren ausgeführt werden. Die Systemträger können elektrisch leitfähig sein. Sie können, beispielsweise vollständig, aus Metallen oder Metalllegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Eisennickel, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl, rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten Materialien hergestellt werden. Die Systemträger können mit einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel Kupfer, Silber, Eisennickel oder Nickelphosphor, beschichtet werden. Die Anschlussleitungen des Systemträgers können während der Herstellung zum Beispiel auf S-förmige Weise gebogen werden.
Es können eine oder mehrere Metallschichten über dem Halbleiterchip platziert werden. Die Metallschichten können zum Beispiel verwendet werden, um eine Umverdrahtungsschicht zu produzieren. Die Metallschichten können als Verdrahtungsschichten zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit dem Halbleiterchip von außerhalb der Anordnung aus und/oder zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit in der Anordnung enthaltenen anderen Halbleiterchips und/oder Komponenten verwendet werden. Die Metallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Metallschichten können zum Beispiel aus Leiterbahnen bestehen, können aber auch in Form einer einen Bereich überdeckenden Schicht vorliegen. Jedes gewünschte Metall, zum Beispiel Aluminium, Nickel, Palladium, Silber, Zinn, Gold oder Kupfer oder eine Metalllegierung kann als das Material verwendet werden. Die Metallschichten müssen nicht homogen oder aus nur einem Material hergestellt werden, das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich. Ferner können die Metallschichten über oder unter oder zwischen elektrisch isolierenden Schichten angeordnet werden.
Die Metallschichten können als Metallclip (Metallstück) realisiert werden, der verwendet werden kann, um Komponenten in der Anordnung elektrisch miteinander zu koppeln. Zum Beispiel kann eine Elektrode eines Halbleiterchips durch einen Metallclip elektrisch mit einem externen Kontaktelement, zum Beispiel der Anschlussleitung eines Systemträgers, gekoppelt werden. Der Metallclip kann an die Komponenten angelötet wer den. Der Metallclip kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfassen, wobei der zweite Teil orthogonal zu dem ersten Teil orientiert ist. Der erste Teil kann mit dem zweiten Teil integral (einstückig ausgebildet) sein. Ferner kann der Metallclip einen dritten Teil enthalten, der auch orthogonal zu dem ersten Teil orientiert ist. Der Metallclip kann aus Metallen oder Metalllegierungen hergestellt werden, zum Beispiel aus Kupfer, Kupferlegierungen, Eisennickel, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl, rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten Materialien.
Die nachfolgend beschriebenen Anordnungen umfassen externe Kontaktelemente oder externe Kontaktstellen, die eine beliebige Form und Größe aufweisen können. Die externen Kontaktelemente können von außerhalb der Anordnung aus zugänglich sein und können somit die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den Halbleiterchips von außerhalb der Anordnung aus erlauben. Aus diesem Grund können die externen Kontaktelemente externe Kontaktoberflächen aufweisen, die von außerhalb der Anordnung aus zugänglich sind. Ferner können die externen Kontaktelemente wärmeleitfähig sein und können als Kühlkörper zum Ableiten der durch die Halbleiterchips erzeugten Wärme dienen. Die externen Kontaktelemente können aus einem beliebigen gewünschten elektrisch leitenden Material zusammengesetzt sein, zum Beispiel aus einem Metall wie etwa Kupfer, Aluminium oder Gold, einer Metalllegierung oder einem elektrisch leitenden organischen Material. Bestimmte externe Kontaktelemente können Anschlussleitungen eines Systemträgers sein.
Die Anordnungen können ein Gussmaterial (Moldmaterial) umfassen, das mindestens Teile der Komponenten der Anordnungen bedeckt. Das Gussmaterial kann ein beliebiges geeignetes thermoplastisches oder thermisch aushärtendes Material sein. Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um die Komponenten mit dem Gussmaterial zu überdecken, zum Beispiel Formpressen, Spritzguss, Pulverschmelzverfahren oder Flüssigguss.
Die Anordnungen können Montageoberflächen aufweisen. Die Montageoberfläche kann dazu dienen, die Anordnung auf einer anderen Komponente, zum Beispiel einer Leiterplatte wie etwa einer PCB (gedruckten Leiterplatte) zu montieren. Auf der Montageoberfläche können externe Kontaktelemente, die externe Kontaktoberflächen umfassen, angeordnet sein, um die Anordnung elektrisch mit der Komponente zu koppeln, auf der die Anordnung montiert wird. Es können Lotabscheidungen wie etwa Lotkugeln oder andere geeignete Verbindungselemente verwendet werden, um eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen der Anordnung und der Komponente, auf der die Anordnung montiert wird, herzustellen.
1 zeigt schematisch eine Anordnung 100 in einer Querschnittsansicht. Die Anordnung 100 enthält einen Leistungshalbleiterchip 10. Der Leistungshalbleiterchip 10 weist eine erste Elektrode 11 und eine zweite Elektrode 12 auf. Die erste Elektrode 11 ist auf einer ersten Oberfläche 13 des Leistungshalbleiterchips 10 angeordnet und die zweite Elektrode 12 ist auf einer zweiten Oberfläche 14 des Leistungshalbleiterchips 10 angeordnet. Die zweite Oberfläche 14 befindet sich gegenüber der ersten Oberfläche 13. Darüber hinaus enthält der Leistungshalbleiterchip 10 eine dritte Elektrode 15, die auf der zweiten Oberfläche 14 angeordnet ist.
Die Anordnung 100 enthält ferner einen Systemträger 19, der aus mindestens einem Träger 20 und einer Anschlussleitung 21 besteht. Der Leistungshalbleiterchip 10 ist so über dem Träger 20 platziert, dass die erste Oberfläche 13 dem Träger 20 zugewandt ist.
Über der zweiten Oberfläche 14 des Leistungshalbleiterchips 10 ist eine Metallschicht 16 platziert. Die Metallschicht 16 besitzt eine erste Oberfläche 17 und eine zweite Oberfläche 18 gegenüber der ersten Oberfläche 17. Die Metallschicht 16 ist so über dem Leistungshalbleiterchip 10 platziert, dass die erste Oberfläche 17 der Metallschicht 16 der zweiten Oberfläche 14 des Leistungshalbleiterchips 10 zugewandt ist. Die zweite Oberfläche 18 der Metallschicht 16 und eine Oberfläche 24 der Anschlussleitung 21 liegen in einer gemeinsamen Montageebene 27.
2A bis 2C zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung 200, die in 2C in einer Querschnittsansicht dargestellt ist.
Wie in 2A dargestellt, werden ein Leistungshalbleiterchip 10 und ein Systemträger 19 bereitgestellt. Der Leistungshalbleiterchip 10 enthält eine erste, eine zweite und eine dritte Elektrode 11, 12 und 15. Die erste Elektrode 11 ist auf einer ersten Oberfläche 13 des Leistungshalbleiterchips 10 angeordnet und die zweite und dritte Elektrode 12, 15 sind auf einer zweiten Oberfläche 14 des Leistungshalbleiterchips 10 angeordnet. Die zweite Oberfläche 14 liegt der ersten Oberfläche 13 gegenüber. Der Systemträger 19 besteht aus mindestens einem Träger 20 und einer Anschlussleitung 21.
Der Leistungshalbleiterchip 10 wird so auf dem Träger 20 montiert, dass die erste Oberfläche 13 wie in 2B dargestellt dem Träger 20 zugewandt ist. Wie in 2C dargestellt, ist eine Metallschicht 16 über der zweiten Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 platziert. Die Metallschicht 16 besitzt eine erste Oberfläche 17 und eine zweite Oberfläche 18 gegenüber der ersten Oberfläche 17. Die Metallschicht 16 wird so über dem Leistungshalbleiterchip 10 platziert, dass die erste Oberfläche 17 der Metallschicht 16 der zweiten Oberfläche 14 des Leistungshalbleiterchips 10 zugewandt ist. Die zweite Oberfläche 18 der Metallschicht 16 und eine Oberfläche 24 der Anschlussleitung 21 liegen in einer gemeinsamen Montageebene 27.
3A bis 3F zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung 300, die in 3F dargestellt ist. Die Anordnung 300 ist eine Implementierung der in 1 und 2C dargestellten Anordnungen 100 und 200. Die Einzelheiten der Anordnung 300, die nachfolgend beschrieben werden, können deshalb gleichermaßen auf die Anordnungen 100 und 200 angewandt werden. Ferner können gleichermaßen die Einzelheiten des Herstellungsverfahrens, die nachfolgend beschrieben werden, auf das in 2A bis 2C dargestellte Herstellungsverfahren angewandt werden. Ähnliche oder identische Komponenten der Anordnungen 100, 200 und 300 werden mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
In 3A wird ein Systemträger 19 bereitgestellt. Der Systemträger 19 ist in einer Draufsicht (oben), einer Querschnittsansicht (Mitte) entlang der in der Draufsicht abgebildeten Linie A-A' und in einer Querschnittsansicht (unten) entlang der in der Draufsicht abgebildeten Linie B-B' dargestellt. Der Systemträger 19 kann mehrere Träger (oder Die-Pads) 20 enthalten, wobei in 3A nur einer davon dargestellt ist. Jedem der Träger 20 können drei Anschlussleitungen 21, 22 und 23 (oder mehr Anschlussleitungen) zugewiesen werden. Die Anschlussleitungen 21, 22 und 23 können im Wesentlichen parallel von einer Seite des Trägers 20 aus vorstehen. Die Anschlussleitung 21 kann mit einer Seite des Trägers 20 zusammenhängend sein. Die Träger 20 und die Anschlussleitungen 21, 22 und 23 können durch Dämme (Streben) verbunden sein, die der Klarheit halber in 3A nicht dargestellt sind. Wie in den Querschnittsansichten von 3A dargestellt, können die Anschlussleitungen 21, 22 und 23 in einer anderen Ebene als der Träger 20 angeordnet sein, können bei einer Ausführungsform aber in derselben Ebene angeordnet sein.
Der Systemträger 19 kann aus Metallen oder Metalllegierungen hergestellt werden, zum Beispiel aus Kupfer, Kupferlegierungen, Eisennickel, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien. Ferner kann der Systemträger 19 mit einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel Kupfer, Silber, Eisennickel oder Nickelphosphor, elektrochemisch beschichtet worden sein. Die Form der Systemträgers 19 ist nicht auf irgendeine Größe oder geometrische Form beschränkt. Zum Beispiel kann der Systemträger 19 eine Dicke im Bereich von 100 μm bis 1 mm aufweisen oder kann sogar noch dicker sein. Der Systemträger 19 kann durch Ausstanzen, Fräsen oder Stanzen einer Metallplatte hergestellt worden sein.
Wie in 3B dargestellt, kann ein Leistungshalbleiterchip 10 über dem Träger 20 platziert werden. Weitere Halbleiterchips 10, die auch Leistungshalbleiterchips sein können, können über weiteren Trägern 20 des Systemträgers 19 platziert werden, die in 3B nicht dargestellt sind. Die Halbleiterchips 10 können auf einem Wafer aus Halbleitermaterial hergestellt worden sein. Die Halbleiterchips 10 können auf demselben Wafer hergestellt worden sein, können aber auch auf verschiedenen Wafern hergestellt worden sein. Ferner können die Halbleiterchips 10 physisch identisch sein, können aber auch verschiedene integrierte Schaltungen enthalten.
Der Leistungshalbleiterchip 10 kann so auf den Träger 20 montiert werden, dass seine erste Oberfläche 13 dem Träger 20 zugewandt ist. Der Leistungshalbleiterchip 10 kann eine erste Elektrode 11 auf der ersten Oberfläche 13 und eine zweite Elektrode 12 auf einer zweiten Oberfläche 14 aufweisen. Die erste und die zweite Elektrode 11, 12 können Lastelektroden sein. Ferner kann der Leistungshalbleiterchip 10 eine dritte Elektrode 15 auf seiner zweiten Oberfläche 14 aufweisen. Die dritte Elektrode 15 kann eine Steuerelektrode sein. Die obere Oberfläche des Trägers 20 kann größer als die erste Oberfläche 13 des Leistungshalbleiterchips 10 sein.
Der Leistungshalbleiterchip 10 kann als Leistungstransistor, zum Beispiel als Leistungs-MOSFET, IGBT, JFET oder Leistungsbipolartransistor ausgelegt sein. Im Fall eines Leistungs-MOSFET oder eines JFET ist die erste Lastelektrode 11 eine Drain-Elektrode, die zweite Lastelektrode 12 eine Source-Elektrode und die Steuerelektrode 15 eine Gate-Elektrode. Im Fall eines IGBT ist die erste Lastelektrode 11 eine Kollektorelektrode, die zweite Lastelektrode 12 eine Emitterelektrode und die Steuerelektrode 15 eine Gate-Elektrode. Im Fall eines Leistungsbipolartransistors ist die erste Lastelektrode 11 eine Kollektorelektrode, die zweite Lastelektrode 12 eine Emitterelektrode und die Steuerelektrode 15 eine Basiselektrode. Während des Betriebs können Spannungen bis zu 5, 50, 100, 500 oder 1000 V oder sogar mehr zwischen den Lastelektroden 11 und 12 angelegt werden. Die an die Steuerelektrode 15 angelegte Schaltfrequenz kann im Bereich von 1 kHz bis 100 MHz liegen, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen.
Die erste Elektrode 11 kann durch Diffusionslöten elektrisch mit dem Träger 20 gekoppelt werden. Hierfür kann ein Lotmaterial auf der ersten Elektrode 11 oder der oberen Oberfläche des Trägers 20 (nicht dargestellt) zum Beispiel durch Sputtern oder andere geeignete physikalische oder chemische Abscheidungsverfahren abgeschieden werden. Das Lotmaterial kann eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 10 μm aufweisen, bei einer Ausführungsform im Bereich von 1 bis 3 μm. Während des Lötvorgangs diffundiert das Lotmaterial in die angrenzenden Materialien, wodurch an der Grenzfläche zwischen dem Leistungshalbleiterchip 10 und dem Träger 20 eine intermetallische Phase entsteht. Das Lotmaterial kann zum Beispiel aus AuSn, AgSn, CuSn, Sn, AuIn, AgIn, AuSi oder CuIn bestehen.
Zur Herstellung der Lötverbindung kann der Systemträger 19 durch eine heiße Platte auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Lotmaterials, zum Beispiel im Bereich von 200 bis 400°C oder im Bereich von 330 bis 350°C, erhitzt werden. Bei einer Ausführungsform können sowohl der Systemträger 19 als auch der Leistungshalbleiterchip 10 in einen Ofen gebracht und bis auf eine geeignete Temperatur erhitzt werden. Es kann ein Pick-and-Place-Werkzeug (Aufnahme-und-Platzierungs- Werkzeug) verwendet werden, das dazu fähig ist, den Leistungshalbleiterchip 10 aufzunehmen und ihn auf den erhitzten Träger 20 zu platzieren. Während des Lötprozesses kann der Leistungshalbleiterchip 10 für eine geeignete Zeit im Bereich von 10 bis 200 ms, bei einer Ausführungsform ungefähr 50 ms, auf den Träger 20 gepresst werden.
Anstelle eines Diffusionslötprozesses können andere Verbindungstechniken verwendet werden, um den Leistungshalbleiterchip 10 an den Träger 20 anzubringen, zum Beispiel Weichlöten oder Klebebonden durch Verwenden eines elektrisch leitfähigen Klebers. Bei Verwendung eines Weichlötprozesses zum Verbinden des Leistungshalbleiterchips 10 und des Trägers 20 miteinander verbleibt Lotmaterial an der Grenzfläche zwischen dem Leistungshalbleiterchip 10 und dem Träger 20, nachdem der Lötprozess beendet wurde. Im Fall von Klebebonden kann ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet werden, der auf gefüllten oder ungefüllten Polyimiden, Epoxidharzen, Acrylatharzen, Silikonharzen oder Mischungen davon basieren und mit Gold, Silber, Nickel oder Kupfer angereichert werden kann, um elektrische Leitfähigkeit zu produzieren.
Wie in 3C dargestellt, kann eine Metallschicht 16 über dem Leistungshalbleiterchip 10 und der Anschlussleitung 22 platziert werden. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 16 als ein Metallclip 16 realisiert werden. Der Metallclip 16 kann aus drei Teilen 30, 31 und 32 bestehen, die in 3C durch gestrichelte Linien angegeben sind. Der Teil 30 kann sich parallel zu den oberen Oberflächen des Leistungshalbleiterchips 10 und des Systemträgers 19 erstrecken. Die Teile 31 und 32 können sich im Wesentlichen orthogonal zu dem Teil 30 erstrecken. Ein Ende des Teils 31 kann eine Kontaktoberfläche 33 aufweisen, die an der zweiten Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 angebracht wird. Der Flächeninhalt der Kontaktoberfläche 33 kann kleiner als der Flächeninhalt der zweiten Elektrode 12 sein. Ein Ende des Teils 32 kann eine Kontaktoberfläche 34 aufweisen, die an die obere Oberfläche der Anschlussleitung 22 angebracht wird.
Der Metallclip 16 kann aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt werden, zum Beispiel aus Kupfer, Kupferlegierungen, Eisennickel, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien. Weiterhin kann der Metallclip 16 mit einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel Kupfer, Silber, Eisennickel oder Nickelphosphor, elektrochemisch beschichtet worden sein. Die Form des Metallclips 16 ist nicht auf irgendeine Größe oder geometrische Form beschränkt. Der Metallclip 16 kann die Form aufweisen, die in 3C beispielhaft dargestellt ist, es ist aber auch jede andere Form möglich. Der Metallclip 16 kann eine Dicke im Bereich von 100 μm bis zu einigen Millimetern aufweisen oder sogar noch dicker sein. Der Metallclip 16 kann durch Stanzen, Ausstanzen, Pressen, Schneiden, Sägen, Fräsen oder eine beliebige andere geeignete Technik hergestellt werden.
Anstatt der Verwendung eines einzigen Metallclips 16 kann ein integrales Array von Metallclips bereitgestellt werden und kann über den auf dem Systemträger 19 montierten Halbleiterchips platziert werden. Später in dem Herstellungsprozess können die einzelnen Anordnungen durch Auftrennen des integralen Arrays von Metallclips getrennt werden.
Der Metallclip 16 kann ähnlich an dem Leistungshalbleiterchip 10 und der Anschlussleitung 22 angebracht werden, wie der Leistungshalbleiterchip 10 an dem Träger 20 angebracht wurde. Zum Beispiel kann ein Diffusionslötprozess ausgeführt werden. Hierfür kann ein Lotmaterial auf den Kontaktoberflächen 33 und 34 des Metallclips 16 oder den oberen Oberflächen der Elektrode 12 und der Anschlussleitung 22 zum Beispiel durch Sputtern oder andere geeignete physikalische oder chemische Abscheidungsverfahren abgeschieden werden. Die Schichten des Lotmaterials können eine Dicke im Bereich zwischen 10 und 30 μm aufweisen. Das Lotmaterial kann zum Beispiel aus AuSn, AgSn, CuSn, Sn, AuIn, AgIn, AuSi oder CuIn bestehen. Zur Herstellung der Lötverbindung kann das Lotmaterial auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Lotmaterials, zum Beispiel im Bereich von 200 bis 400°C, erhitzt werden. Es kann ein Pick-and-Place-Werkzeug verwendet werden, das in der Lage ist, den Metallclip 16 aufzunehmen und ihn auf dem Leistungshalbleiterchip 10 und der Anschlussleitung 22 zu platzieren.
Anstelle von Diffusionslöten kann ein Weichlötprozess ausgeführt werden, um den Metallclip 16 an dem Leistungshalbleiterchip 10 und der Anschlussleitung 22 zu befestigen. Als weitere Alternative kann Klebebonden durch Verwenden eines elektrisch leitfähigen Klebers verwendet werden.
Vor oder nach der Anbringung des Metallclips 16 an dem Leistungshalbleiterchip 10 und der Anschlussleitung 22 kann eine elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektrode 15 des Leistungshalbleiterchips 10 und der Anschlussleitung 23 hergestellt werden. Diese Verbindung kann wie in 3D dargestellt durch Drahtbonden erfolgen. Zum Beispiel kann Kugelbonden oder Keilbonden als Verbindungstechnik zum Produzieren eines Bonddrahts 35 verwendet werden. Der Bonddraht 35 kann aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem beliebigen anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material bestehen. Einer oder mehrere Bonddrähte 35 können angebracht werden, um die Steuerelektrode 15 elektrisch mit der Anschlussleitung 23 zu koppeln.
Anstelle von Drahtbonden können auch andere Verbindungstechniken verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Metallclip auf der Steuerelektrode 15 und der Anschlussleitung 23 platziert werden, um die elektrische Verbindung herzustellen.
Ein Gusstransferprozess kann ausgeführt werden, um die auf dem Systemträger 19 angeordneten Komponenten wie in 3E dargestellt mit einem Gussmaterial (Moldmaterial) 36 einzu kapseln. Das Gussmaterial 36 kann einen beliebigen Teil der Anordnung 300 einkapseln, lässt aber mindestens die obere Oberfläche 18 des Metallclips 16 und Teile der Anschlussleitungen 21, 22 und 23 unbedeckt. Ferner können Teile des Trägers 20, bei einer Ausführungsform die untere Oberfläche des Trägers 20, nicht mit dem Gussmaterial 36 überdeckt werden. Die obere Oberfläche des Gussmaterials 36 kann zusammen mit der oberen Oberfläche 18 des Metallclips 16 wie in 3E dargestellt eine Ebene bilden.
Das Gussmaterial 36 kann aus einem beliebigen geeigneten thermoplastischen oder thermisch aushärtenden Material zusammengesetzt sein und kann bei einer Ausführungsform aus einem gewöhnlich bei der modernen Halbleiterkapselungstechnologie verwendeten Material zusammengesetzt sein. Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um die Komponenten der Anordnung 300 mit dem Gussmaterial 36 zu überdecken, zum Beispiel Formpressen, Spritzguss, Pulverschmelzverfahren oder Flüssigguss.
Vor oder nach der Einkapselung mit dem Gussmaterial 36 werden die einzelnen Anordnungen 300 durch Zertrennen des Systemträgers 19 zum Beispiel durch Sägen oder Schneiden der Dämme des Systemträgers 19 voneinander getrennt. Es können auch andere Trennverfahren verwendet werden, wie etwa Ätzen, Fräsen, Laserablation oder Stanzen.
Wie in 3F dargestellt, können die Anschlussleitungen 21, 22 und 23 gebogen werden, wie zum Beispiel S-förmig, um wie in 3F abgebildet eine Stufe zu bilden. Das Biegen der Anschlussleitungen 21, 22 und 23 kann zum Beispiel im Verlauf eines Trimm- und Formprozesses ausgeführt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Enden der Anschlussleitungen 21, 22 und 23 in der Richtung des Metallclips 16 gebogen. Die Anschlussleitungen 21, 22 und 23 können so gebogen werden, dass ihre oberen Oberflächen 24, 25 bzw. 26 (in 3F durch gestrichelte Linien dargestellt) in der Ebene 27 angeordnet werden, die durch die freiliegende Oberfläche 18 des Metallclips 16 und bei einer Ausführungsform die obere Oberfläche des Gussmaterials 36 definiert wird. Es kann vorgesehen werden, dass der Flächeninhalt der freiliegenden Oberfläche 18 des Metallclips 16, der elektrisch mit der Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 gekoppelt ist, größer als die Kontaktfläche der Oberfläche 24 der Anschlussleitung 21 ist, die elektrisch mit der Elektrode 11 des Leistungshalbleiterchips 10 gekoppelt ist.
Der Metallclip 16 und die Anschlussleitungen 21, 22 und 23 können als externe Kontaktelemente der Anordnung 300 dienen. Die Oberfläche 18 des Metallclips 16 und die Oberflächen 24, 25 und 26 der Anschlussleitungen 21, 22 und 23 können als externe Kontaktoberflächen verwendet werden, um die Anordnung 300 elektrisch mit anderen Komponenten, zum Beispiel einer Leiterplatte wie etwa einer PCB (gedruckten Leiterplatte) zu koppeln. Die Oberfläche 27 der Anordnung 300 kann als Montageoberfläche zum Montieren der Anordnung 300 auf einer Leiterplatte verwendet werden.
Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Anordnung 300 nur eine beispielhafte Ausführungsform sein soll und viele Varianten möglich sind. Obwohl die Anordnung 300 in der in 3F dargestellten Ausführungsform genau einen Halbleiterchip enthält, der der Leistungshalbleiterchip 10 ist, kann die Anordnung 300 zwei oder mehr Halbleiterchips und/oder passive Elemente enthalten. Die Halbleiterchips und passiven Elemente können sich in Bezug auf Funktion, Größe, Herstellungstechnologie usw. unterscheiden. Zum Beispiel kann ein Halbleiterchip, der den Leistungshalbleiterchip 10 steuert, in der Anordnung 300 enthalten sein.
Die Anschlussleitung 22 der Anordnung 300 kann verwendet werden, um eine Messung des elektrischen Potentials der Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 durch eine externe Anordnung zu ermöglichen. Die Anschlussleitung 22 kann jedoch auch weggelassen werden. Eine solche Anordnung 400 ist schematisch in 4F dargestellt. 4A bis 4F zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung 400. Die meisten der Herstellungsprozesse der Anordnung 400 sind den Herstellungsprozessen der Anordnung 300 ähnlich oder mit diesen identisch.
Wie in 4A dargestellt, wird ein Systemträger 19 bereitgestellt, der im Wesentlichen derselbe Systemträger 19 wie in 3A dargestellt ist, aber nicht die Anschlussleitung 22 enthält. Der Leistungshalbleiterchip 10 kann wie in 4B dargestellt auf dem Systemträger 19 platziert werden.
In 4C ist eine Metallplatte 16 auf der Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 montiert. Die Metallplatte 16 entspricht der Metallschicht 16 der in 1 dargestellten Anordnung 100. Die Metallplatte 16 kann unter Verwendung derselben oder ähnlicher Metalle oder Metalllegierungen und Herstellungsverfahren wie für den Metallclip 16 der Anordnung 300 hergestellt werden. Eine Kontaktoberfläche 17 der Metallplatte 16 kann an der Elektrode 12 angebracht werden. Der Flächeninhalt der Kontaktoberfläche 17 kann kleiner oder bei einer Ausführungsform größer als der Flächeninhalt der zweiten Elektrode 12 sein.
Die in 4D bis 4F dargestellten Herstellungsprozesse sind im Wesentlichen dieselben wie die in 3D bis 3F dargestellten Herstellungsprozesse. Die durch das in 4A bis 4F dargestellte Herstellungsverfahren erhaltene Anordnung 400 ist der Anordnung 300 ähnlich, enthält aber nicht die Anschlussleitung 22. Der Zugang zu der Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 kann über die Oberfläche 18 der Metallplatte 16 erfolgen, die von dem Gussmaterial 36 freigelegt und in der Montageoberfläche 27 angeordnet ist. Die oberen Oberflächen 24 und 26 der Anschlussleitungen 21 bzw. 23 sind auch in der Montageoberfläche 27 angeordnet und dienen zusammen mit der Oberfläche 18 der Metallplatte 16 als externe Kontaktoberflächen.
Anstelle der Verwendung einer Metallplatte 16 kann Metallmaterial auf die Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 durch Verwendung von elektrochemischen Abscheidungsverfahren, wie etwa galvanische Abscheidung, oder anderen geeigneten Abscheidungsverfahren, zum Beispiel physikalische oder chemische Aufdampfung, abgeschieden werden.
Ferner kann die Metallschicht 16 nach der Einkapselung der Komponenten mit dem Gussmaterial 36 hergestellt werden. Eine solche Anordnung 500 ist schematisch in 5G dargestellt. 5A bis 5G zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung 500. Bestimmte Herstellungsprozesse der Anordnung 500 sind den Herstellungsprozessen der Anordnung 400 ähnlich oder mit diesen identisch.
Die in 5A bis 5C dargestellten Herstellungsprozesse sind im Wesentlichen dieselben wie die in 4A, 4B und 4D dargestellten Herstellungsprozesse. Wie in 5D dargestellt, werden die auf dem Systemträger 19 montierten Komponenten dann durch das Gussmaterial 36 eingekapselt.
In dem Gussmaterial 36 wird wie in 5E dargestellt ein Durchgangsloch 40 erzeugt. Das Durchgangsloch 40 legt mindestens Teile der Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 frei. Das Durchgangsloch 40 ermöglicht das Herstellen von elektrischen Verbindungen mit der Elektrode 12.
Wenn das Gussmaterial 36 fotoaktive Komponenten enthält, kann das Gussmaterial 36 fotolithografisch strukturiert werden. Als Alternative kann das Gussmaterial 36 zum Beispiel durch einen Stanzprozess, Laserablation, Ätzen, mechanisches Bohren oder einen beliebigen anderen Fachleuten bekannten geeigneten Prozess strukturiert werden.
Das in dem Gussmaterial 36 produzierte Durchgangsloch 40 kann mit einem Metall oder einer Metalllegierung gefüllt werden, um die Metallschicht 16 zu bilden, die als Durchgangsverbindung in dem Gussmaterial 36 wie in 5F dargestellt dient. Es können Kupfer, Eisen, Nickel, Aluminium oder andere Metalle oder Metalllegierungen als das Material verwendet werden. Das Metall kann durch Verwendung eines galvanischen Abscheidungsverfahrens oder eines beliebigen anderen geeigneten Abscheidungsverfahrens in dem Durchgangsloch 40 abgeschieden werden.
Der in 5G dargestellte Herstellungsprozess ist im Wesentlichen derselbe wie der in 4F dargestellte Herstellungsprozess.
In 6 ist eine Anordnung 600 schematisch dargestellt, die mit der Anordnung 500 fast identisch ist, aber eine Metallschicht 41 über der Metallschicht 16 und dem Gussmaterial 36 enthält. In der Anordnung 600 kann das Gussmaterial 36 als Plattform für die Abscheidung der Metallschicht 41 wirken. Die Metallschicht 41 kann eine Dicke im Bereich von 10 bis 500 μm aufweisen oder sogar noch dicker sein. Die Metallschicht 41 kann wie in 6 dargestellt so strukturiert werden, dass nur ein Teil der oberen Oberfläche des Gussmaterials 36 durch die Metallschicht 41 überdeckt wird. Die Metallschicht 41 kann eine beliebige Größe und Struktur aufweisen, so dass jede beliebige gewünschte Grundflächengeometrie (Footprint) durch die Metallschicht 41 erzeugt werden kann.
Die Metallschicht 41 kann durch Verwendung eines galvanischen Abscheidungsverfahrens hergestellt werden. Hierfür wird zuerst eine Keimschicht auf die oberen Oberflächen des Gussmaterials 36 und der Metallschicht 16 abgeschieden. Die Keimschicht besitzt gewöhnlich eine Dicke von einigen hundert Nanometern. Es können Materialien wie Palladium oder Titan für die Keimschicht verwendet werden.
Die Dicke der Keimschicht kann durch Abscheiden einer weiteren Schicht aus einem elektrisch leitenden Material auf die Keimschicht vergrößert werden. Zum Beispiel kann eine Schicht aus Kupfer stromlos auf die Keimschicht abgeschieden werden. Diese Kupferschicht kann eine Dicke von weniger als 1 μm aufweisen. Danach kann galvanisch eine weitere Schicht aus Kupfer abgeschieden werden, die eine Dicke von mehr als 10 μm aufweisen kann. Die stromlose Kupferabscheidung kann auch weggelassen werden. Die Metallschicht 41 kann nach dem abgeschlossenen Abscheidungsprozess aller ihrer Schichten oder direkt nach der Abscheidung der Keimschicht strukturiert werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Keimschicht durch einen Vakuumabscheidungsprozess wie etwa Sputtern abgeschieden werden. Zum Beispiel werden zuerst eine Schicht aus Titan mit einer Dicke von zum Beispiel etwa 50 nm und danach eine Schicht aus Kupfer mit einer Dicke von zum Beispiel etwa 200 nm gesputtert. Die Kupferschicht kann dann als Keimschicht zum galvanischen Abscheiden einer weiteren Kupferschicht mit einer Dicke von mehr als 10 μm verwendet werden.
Als weitere Alternativen können auch andere Abscheidungsverfahren verwendet werden, wie etwa physikalische Aufdampfung, chemische Aufdampfung, Aufschleuderprozesse, Sprühabscheidung oder Inkjet-Drucken. Ferner kann die Metallschicht 41 ein Metallfilm, zum Beispiel ein Kupferfilm, sein, der auf die oberen Oberflächen des Gussmaterials 36 sowie der Metallschicht 16 auflaminiert wird. Vakuum, Hitze und Druck können für eine Zeit angewandt werden, die dafür geeignet ist, die Metallschicht 41 an den darunter liegenden Materialien anzubringen.
Die Anordnungen 100, 200, 300, 400, 500 und 600 können als Komponenten einer Halbbrückenschaltung verwendet werden. 7 zeigt eine Prinzipschaltung einer Halbbrücke 700, die zwischen zwei Knoten N1 und N2 angeordnet ist. Die Halbbrücke 700 besteht aus zwei Schaltern S1 und S2 in Reihenschaltung.
Es können Halbleiterchips, zum Beispiel die Leistungshalbleiterchips 10 der Anordnungen 100 bis 600, als die Schalter S1 und S2 implementiert werden. An die Knoten S1 und S2 können konstante elektrische Potentiale angelegt werden. Zum Beispiel kann ein hohes elektrisches Potential, wie etwa 10, 50, 100, 200, 500 oder 1000 V, oder ein beliebiges anderes Potential an den Knoten N1 und ein niedriges elektrisches Potential, zum Beispiel 0 V, an den Knoten N2 angelegt werden. In diesem Fall wird der Schalter S1 als High-Side-Schalter (Schalter an der Seite mit dem hohen Potential) und der Schalter S2 als Low-Side-Schalter (Schalter an der Seite mit dem niedrigen Potential) bezeichnet. Die Schalter S1 und S2 können mit Frequenzen im Bereich von 1 kHz bis 100 MHz geschaltet werden, die Schaltfrequenzen können aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Das heißt, dass ein veränderliches elektrisches Potential während des Betriebs der Halbbrücke 700 an einen zwischen den Schaltern S1 und S2 angeordneten Knoten N3 angelegt wird. Das Potential des Knotens N3 variiert in dem Bereich zwischen dem niedrigen und dem hohen elektrischen Potential.
Die Halbbrücke 700 kann zum Beispiel in elektronischen Schaltungen zum Umrichten von Gleichspannungen wie zum Beispiel DC-DC-Umrichtern implementiert werden. DC-DC-Umrichter können verwendet werden, um eine durch eine Batterie oder eine wiederaufladbare Batterie bereitgestellte Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung umzurichten, die an die Bedürfnisse der signalabwärtsangeschlossenen elektronischen Schaltungen angepasst ist. DC-DC-Umrichter können als Abwärtsumrichter realisiert werden, bei denen die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung ist, oder als Aufwärtsumrichter, bei denen die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung ist. Es können Frequenzen von mehreren MHz oder mehr an DC-DC-Umrichter angelegt werden. Ferner können Ströme von bis zu 50 A oder noch mehr durch die DC-DC-Umrichter fließen.
8 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Systems 800. Das System 800 enthält die Anordnung 400, eine Anordnung 50, eine Steueranordnung 51, ein Kühlelement 52 und eine Leiterplatte 53. Anstelle der Anordnung 400 kann eine der Anordnungen 100, 200, 300, 500 und 600 in das System 800 integriert werden. Die Anordnung 400 wird so auf der Leiterplatte 53 montiert, dass ihre Montageoberfläche 27 der Leiterplatte 53 zugewandt ist. Ferner werden die Anordnungen 50 und 51 auf der Leiterplatte 53 montiert. Zusätzlich können weitere Anordnungen, die in 8 nicht dargestellt sind, auf der Leiterplatte 53 montiert werden.
Die Leiterplatte 53 kann eine PCB sein und kann Kontaktstellen 54 auf ihrer oberen Oberfläche enthalten, woran die Anordnungen 50, 51 und 400 angebracht werden. Zum Beispiel können die externen Kontaktoberflächen 18, 24 und 26 der Anordnung 400 durch Verwendung von Lotabscheidungen 55 an die Kontaktstellen 54 der Leiterplatte 53 angelötet worden sein.
Die Anordnungen 50 und 400 werden in einer Halbbrückenschaltung miteinander gekoppelt. Bei einer Ausführungsform kann die Anordnung 50 als der High-Side-Schalter 51 der in 7 dargestellten Halbbrückenschaltung 700 wirken und die Anordnung 400 als der Low-Side-Schalter S2. Der Leistungshalbleiterchip 10 der Anordnung 400 kann bei einer Ausführungsform ein Leistungs-MOSFET des n-Typs sein. Die Anordnung 50 kann einen Leistungstransistor oder eine Leistungsdiode umfassen. Beispielsweise ist eine Leiterbahn 56 der Leiterplatte 53 in 8 dargestellt. Die Leiterbahn 56 koppelt die Anschlussleitung 21 und somit die Drain-Elektrode 11 des Leistungs-MOSFET 10 elektrisch mit einer externen Kontaktstelle 57 der Anordnung 50. Im Vergleich zu der in 7 dargestellten Halbbrückenschaltung 700 ist eine externe Kontaktstelle 58 der Anordnung 50 der Knoten N1, die Source-Elektrode 12 des Leistungs-MOSFET 10 ist der Knoten N2 und die Leiterbahn 56 ist der Knoten N3. Während des Betriebs des Systems 800 wird ein konstantes hohes elektrisches Potential an die externe Kontaktstelle 58 der Anordnung 50 und ein konstantes niedriges elektrisches Potential an die Metallplatte (oder den Metallclip) 16 und somit die Source-Elektrode 12 der Anordnung 400 angelegt.
Das Kühlelement 52 (oder der Kühlkörper) können über den Anordnungen 50 und 400 angebracht werden. Das Kühlelement 52 kann durch eine elektrisch isolierende Schicht 59 elektrisch von den oberen Oberflächen der Anordnungen 50 und 400 isoliert werden. Die elektrisch isolierende Schicht 59 kann zum Beispiel aus einer Folie, Paste oder einem beliebigen anderen elektrisch isolierenden Material mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit bestehen. Das Kühlelement 52 führt die durch die in den Anordnungen 50 und 400 enthaltenen Halbleiterchips während des Betriebs erzeugte Wärme ab.
Die Steueranordnung 51 kann dafür ausgelegt werden, die Anordnungen 50 und 400 zu steuern. Bei einer Ausführungsform kann die Steueranordnung 51 die elektrischen Potentiale der Steueranschlüsse der Anordnungen 50 und/oder 400 (in 8 nicht dargestellt) ansteuern und somit das Schalten der Schalter S1 und/oder S2 steuern.
Da während des Betriebs ein konstantes Potential an die Elektrode 12 des Leistungshalbleiterchips 10 der Anordnung 400 angelegt wird, kann die externe Kontaktoberfläche 18 der Anordnung 400 an einer großen Kontaktstelle 54 der Leiterplatte 53 angebracht werden. Aufgrund des angelegten konstanten Potentials muss keine elektrische Ladung beim Schalten des Leistungshalbleiterchips 10 der Anordnung 400 zu und von dieser Kontaktstelle 54 transferiert werden.
Obwohl ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung möglicherweise mit Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt mit einem oder mehreren Merkmalen oder Aspekten der anderen Implemen tierungen kombiniert werden, so wie es für eine beliebige gegebene oder konkrete Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. So, wie die Ausdrücke „enthalten”, „aufweisen”, „mit” oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet wurden, sollen ferner solche Ausdrücke auf ähnliche Weise wie der Ausdruck „umfassen” einschließend sein. Ferner versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung in diskreten Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder vollintegrierten Schaltungen oder in Programmiermitteln implementiert werden können. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft” lediglich als ein Beispiel gemeint, statt als Bestes oder Optimales. Außerdem versteht sich, dass hier abgebildete Merkmale und/oder Elemente der Klarheit und des leichteren Verständnisses halber hier mit konkreten Abmessungen relativ zueinander dargestellt werden und dass die tatsächlichen Abmessungen wesentlich von dem hier Dargestellten abweichen können.
Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, ist für Durchschnittsfachleute erkennbar, dass vielfältige alternative und/oder äquivalente Implementierungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Varianten der hier besprochenen spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt wird.

Claims

Anordnung (100–600), umfassend: einen Leistungshalbleiterchip (10) mit einer ersten Elektrode (11) auf einer ersten Oberfläche (13) und einer zweiten und einer dritten Elektrode (12, 15) auf einer zweiten Oberfläche (14) gegenüber der ersten Oberfläche (13), einen Systemträger (19) mit einem Träger (20) und einer ersten Anschlussleitung (21), wobei der Leistungshalbleiterchip (10) derart über dem Träger (20) platziert ist, dass die erste Oberfläche (13) des Leistungshalbleiterchips (10) dem Träger (20) zugewandt ist, und eine Metallschicht (16) mit einer ersten Oberfläche (17) und einer zweiten Oberfläche (18) gegenüber der ersten Oberfläche (17), wobei die Metallschicht (16) derart über der zweiten Oberfläche (14) des Leistungshalbleiterchips (10) platziert ist, dass die erste Oberfläche (17) der Metallschicht (16) dem Leistungshalbleiterchip (10) zugewandt ist, wobei die zweite Oberfläche (18) der Metallschicht (16) und eine Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21) in einer gemeinsamen Montageebene (27) liegen.
Anordnung (100–600) nach Anspruch 1, wobei die erste Anschlussleitung (21) elektrisch mit dem Träger (20) gekoppelt ist.
Anordnung (100–600) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Anschlussleitung (21) mit dem Träger (20) einstückig ausgebildet ist.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine zweite Anschlussleitung (23), von der eine Oberfläche in der gemeinsamen Montageebene (27) liegt.
Anordnung (100–600) nach Anspruch 4, wobei die zweite Anschlussleitung (23) elektrisch mit der dritten Elektrode (15) gekoppelt ist.
Anordnung (100–600) nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Bonddraht (35) an der zweiten Anschlussleitung (23) und der dritten Elektrode (15) angebracht ist.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche des Trägers (20), über dem der Leistungshalbleiterchip (10) platziert ist, größer als die erste Oberfläche (13) des Leistungshalbleiterchips (10) ist.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Oberfläche (18) der Metallschicht (16) und die Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21), die in der gemeinsamen Montageebene (27) liegen, externe Kontaktoberflächen sind.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (16) ein Metallclip oder eine Metallplatte oder eine elektrochemisch abgeschiedene Metallschicht ist.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Gussmaterial (36), das den Leistungshalbleiterchip (10) bedeckt und die zweite Oberfläche (18) der Metallschicht (16) freiliegend lässt.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungshalbleiterchip (10) ein Leistungshalbleitertransistor ist.
Anordnung (100–600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Anschlussleitung (21) S-förmig gebogen ist.
Anordnung (100–600) nach Anspruch 12, wobei die Biegung der ersten Anschlussleitung (21) von dem Gussmaterial (36) freigelegt ist.
Halbbrückenschaltung (800), umfassend: eine erste Anordnung (100–600) umfassend einen ersten Leistungshalbleiterchip (10) mit einer ersten Elektrode (11) auf einer ersten Oberfläche (13) und einer zweiten und einer dritten Elektrode (12, 15) auf einer zweiten Oberfläche (14) gegenüber der ersten Oberfläche (13), einen Systemträger (19) mit einem Träger (20) und einer ersten Anschlussleitung (21), wobei der erste Leistungshalbleiterchip (10) derart über dem Träger (20) platziert ist, dass die erste Oberfläche (13) des ersten Leistungshalbleiterchips (10) dem Träger (20) zugewandt ist, und eine Metallschicht (16) mit einer ersten Oberfläche (17) und einer zweiten Oberfläche (18) gegenüber der ersten Oberfläche (17), wobei die Metallschicht (16) derart über der zweiten Oberfläche (14) des ersten Leistungshalbleiterchips (10) platziert ist, dass die erste Oberfläche (17) der Metallschicht (16) dem ersten Leistungshalbleiterchip (10) zugewandt ist, wobei die zweite Oberfläche (18) der Metallschicht (16) und eine Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21) in einer gemeinsamen Montageebene (27) liegen; und eine Leiterplatte (53), wobei die erste Anordnung (100–600) derart auf der Leiterplatte (53) montiert ist, dass die gemeinsame Montageebene (27) der Leiterplatte (53) zugewandt ist.
Halbbrückenschaltung (800) nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine zweite auf der Leiterplatte (53) montierte Anordnung (50), wobei die zweite Anordnung (50) einen zweiten Leistungshalbleiterchip umfasst.
Halbbrückenschaltung (800) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste Anordnung (100–600) ein Low-Side-Schalter ist.
Verfahren mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Leistungshalbleiterchips (10) mit einer ersten Elektrode (11) auf einer ersten Oberfläche (13) und einer zweiten und einer dritten Elektrode (12, 15) auf einer zweiten Oberfläche (14) gegenüber der ersten Oberfläche (13); Bereitstellen eines Systemträgers (19) mit einem Träger (20) und einer ersten Anschlussleitung (21); Montieren des Leistungshalbleiterchips (10) auf dem Träger (20), wobei die erste Oberfläche (13) des Leistungshalbleiterchips (10) dem Träger (20) zugewandt ist, und Abscheiden einer Metallschicht (16) über der zweiten Elektrode (12) des Leistungshalbleiterchips (10), wobei eine erste Oberfläche (17) der Metallschicht (16) dem Leistungshalbleiterchip (10) zugewandt ist, wobei eine zweite Oberfläche (18) der Metallschicht (16) gegenüber der ersten Oberfläche (17) und eine Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21) in einer gemeinsamen Montageebene (27) liegen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Anschlussleitung (21) derart gebogen wird, dass die Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21) in der gemeinsamen Montageebene (27) liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Anschlussleitung (21) gebogen wird, nachdem der Leistungshalbleiterchip (10) mit einem Gussmaterial (36) bedeckt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei ein Bonddraht (35) an die dritte Elektrode (15) des Leistungshalbleiterchips (10) und eine zweite Anschlussleitung (23) des Systemträgers (19) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite Anschlussleitung (23) derart gebogen wird, dass eine Oberfläche (26) der zweiten Anschlussleitung (23) in der gemeinsamen Montageebene (27) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei ein Metallclip oder eine Metallplatte auf dem Leistungshalbleiterchip (10) beim Abscheiden der Metallschicht (16) platziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Metallschicht (16) elektrochemisch abgeschieden wird.
Verfahren mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Leistungshalbleiterchips (10) mit einer ersten Elektrode (11) auf einer ersten Oberfläche (13) und einer zweiten und einer dritten Elektrode (12, 15) auf einer der ersten Oberfläche (13) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (14); Bereitstellen eines Systemträgers (19) mit einem Träger (20) und einer ersten Anschlussleitung (21); Montieren des Leistungshalbleiterchips (10) auf dem Träger (20), wobei die erste Oberfläche (13) des Leistungshalbleiterchips (10) dem Träger (20) zugewandt ist; Abscheiden einer Metallschicht (16) über der zweiten Elektrode (12) des Leistungshalbleiterchips (10), wobei eine erste Oberfläche (17) der Metallschicht (16) dem Leistungshalbleiterchip (10) zugewandt ist; und Biegen der ersten Anschlussleitung (21) derart, dass eine Oberfläche (24) der ersten Anschlussleitung (21) in einer gemeinsamen Montageebene (27) liegt, die durch eine zweite Oberfläche (18) der Metallschicht (16) definiert ist, die der ersten Oberfläche (17) der Metallschicht (16) gegenüberliegt.