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Allgemeiner Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterchip-Package und ein
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterchip-Package.
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Halbleiterchips
enthalten Kontaktpads oder Kontaktelemente auf einer oder mehreren
ihrer Oberflächen.
Bei einem Halbleiterchip-Package ist der Halbleiterchip in das Chip-Package
eingebettet oder darin untergebracht, und die Kontaktpads des Halbleiterchips
sind mit externen Kontaktelementen des Chip-Package verbunden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterchip-Package
und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchip-Package derart
anzugeben, dass das Halbleiterchip-Package unter verbesserten Bedingungen,
insbesondere verringerter Wärmebelastung,
mit einer Platine verbunden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes
Verständnis
von Ausführungsformen
zu vermitteln, und sind in diese Spezifikation aufgenommen 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 beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen lassen sich ohne
weiteres verstehen, wenn sie unter 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.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package.
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package.
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package, wobei das Chip-Package an eine Hauptplatine angeschlossen
ist.
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4 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package, wobei das Chip-Package an eine Hauptplatine angeschlossen
ist.
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5 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package, wobei das Chip-Package an eine Hauptplatine angeschlossen
ist.
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6 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterchip-Package gemäß einer
Ausführungsform.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterchip-Package gemäß einer
Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung
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In
der folgenden ausführlichen
Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen,
die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung
spezifische Ausführungsformen
gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In
dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa ”Oberseite”, ”Unterseite”, ”Vorderseite”, ”Rückseite”, ”vorderer”, ”hinterer” usw. unter Bezugnahme
auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil
Komponenten von Ausführungsformen
in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird
die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und
ist in keinerlei Weise beschränkend.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle
oder logische Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die folgende ausführliche
Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen,
und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Es
versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiele
miteinander kombiniert werden können,
sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Die
Aspekte und Ausführungsformen
werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche
Bezugszahlen im Allgemeinen dazu verwendet werden, sich durchweg
auf gleiche Elemente zu beziehen. In der folgenden Beschreibung
werden zu Erläuterungszwecken
zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von
einem oder mehreren Aspekten der Ausführungsformen zu vermitteln.
Für einen
Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere
Aspekte der Ausführungsformen
mit einem geringeren Grad der spezifischen Details praktiziert werden
können.
In anderen Fällen
werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt,
um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten der Ausführungsformen
zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen
genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden
kön nen,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wenngleich
ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform
bezüglich
nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag,
kann außerdem
ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder
mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen
kombiniert werden, wie für
eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein
kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke ”enthalten”, ”haben”, ”mit” oder andere
Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder
den Ansprüchen
verwendet werden, solche Ausdrücke
auf eine Weise ähnlich
dem Ausdruck ”umfassen” einschließend sein.
Die Ausdrücke ”gekoppelt” und ”verbunden” können zusammen
mit Ableitungen verwendet worden sein. Es versteht sich, dass diese
Ausdrücke verwendet
worden sein können,
um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren
oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem
Kontakt stehen oder sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen.
Außerdem
ist der Ausdruck ”beispielhaft” lediglich
als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale gemeint. Die folgende
Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen,
und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
eines Halbleiterchip Package und eines Verfahrens zum Herstellen
eines Halbleiterchip-Package enthalten mindestens einen Halbleiterchip.
Die hierin beschriebenen Halbleiterchips können von unterschiedlichen
Typen sein, können
durch unterschiedliche Technologien hergestellt werden und können beispielsweise
integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische
Schaltungen und/oder passive Elemente enthalten. Die Halbleiterchips
können beispielsweise
als Leistungshalbleiterchips wie etwa Leistungs-MOSFETs (Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar
Transistors), JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), Leistungs-Bipolartransistoren
oder Leistungsdioden konfiguriert sein. Weiterhin können die
Halbleiter-Wafer und Chips Steuerschaltungen, Mikroprozessoren oder
mikroelektromechanische Komponenten enthalten. Bei einer Ausführungsform können Halbleiterchips
mit einer vertikalen Struktur involviert sein, das heißt, die
Halbleiterchips können derart
hergestellt werden, dass elektrische Ströme in einer Richtung senkrecht
zu den Hauptoberflächen der
Halbleiterchips fließen
können.
Ein Halbleiterchip mit einer vertikalen Struktur kann bei einer
Ausführungsform
Kontaktelemente auf seinen beiden Hauptoberflächen, seiner Vorderseite und
Rückseite aufweisen.
Beispielhaft 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
sein kann. Weiterhin können
die unten beschriebenen Bauelemente integrierte Schaltungen enthalten,
um die integrierten Schaltungen von anderen Halbleiterchips zu steuern, beispielsweise
die integrierten Schaltungen von Leistungshalbleiterchips. Die hierin
beschriebenen Halbleiterchips können
aus einem beliebigen spezifischen Halbleitermaterial hergestellt
sein, beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs usw. und können weiterhin
anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine
Halbleiter sind, wie etwa beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe
oder Metalle.
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Das
Halbleiterchip-Package kann auch mindestens einen weiteren Halbleiterchip
oder ein anderes elektrisches Bauelement enthalten, die alle zusammen
in ein und dasselbe Package eingebettet sind. Bei einer Ausführungsform
kann das Halbleiterchip-Package ein Leistungsversorgungsmodul wie etwa
ein Schaltnetzteilmodul, ein Wandlermodul wie etwa ein DC/DC-Wandlermodul oder
ein Abwärtswandler-Modul,
ein H-Brücken-Wandlermodul oder ein
Halbbrücken-Wandlermodul
enthalten. Ein derartiges Modul kann PWM-Generatoren (Impulsbreitenmodula tion),
Vergleicher und A/D- und/oder D/A-Wandler enthalten, die alle in
Form von einem oder mehreren Halbleiterchips und einem oder mehreren
elektrischen Bauelementen angeordnet sind.
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Bei
mehreren Ausführungsformen
werden Schichten oder Schichtstapel aufeinander aufgebracht oder
Materialien auf Schichten aufgebracht oder abgeschieden. Es versteht
sich, dass alle diese Ausdrücke
wie ”aufgebracht” oder ”abgeschieden” buchstäblich alle
Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten aufeinander oder
von Schichten auf Substraten abdecken sollen. Bei einer Ausführungsform
sollen sie Techniken abdecken, bei denen Schichten auf einmal als
Ganzes aufgebracht werden, wie beispielsweise Laminierungstechniken,
sowie Techniken, bei denen Schichten auf sequenzielle Weise abgeschieden
werden, wie beispielsweise Sputtern, Plattieren, Ausformen, chemische
Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) usw. Ein Beispiel für eine aufzubringende
Schicht ist die Umverdrahtungsschicht (RDL – Redistribution Layer). Die
Umverdrahtungsschicht kann in Form einer Mehrfachschicht vorliegen,
bei einer Ausführungsform
eine Mehrfachschicht mit einer sich wiederholenden Schichtsequenz.
Die Umverdrahtungsschicht kann auch in Form einer Metallisierungsschicht
vorliegen, die eine oder mehrere Ebenen enthält, in denen metallische oder
elektrisch leitende Kontaktbereiche vorgesehen sind.
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Weiterhin
können
die unten beschriebenen Halbleiterchips Kontaktelemente oder Kontaktpads auf
einer oder mehreren ihrer äußeren Oberflächen enthalten,
wobei die Kontaktelemente zum elektrischen Kontaktieren der Halbleiterchips
dienen. Die Kontaktelemente können
die Form von Anschlussflächen
besitzen, das heißt
flache Kontaktschichten auf einer äußeren Oberfläche des
Halbleiterchips. Die Metallschicht(en), aus der/denen die Kontaktelemente
hergestellt ist/sind, kann/können
mit einer beliebigen gewünschten
Materialzusammensetzung hergestellt werden. Als Schichtmaterial
kann jedes beliebige gewünschte
Metall oder jede beliebige gewünschte Metalllegierung
verwendet werden, beispielsweise Aluminium, Titan, Gold, Silber,
Kupfer, Palladium, Platin, Nickel, Chrom oder Nickel-Vanadium. Die
Metallschicht(en) braucht bzw. brauchen nicht homogen oder nur aus
einem Material hergestellt zu sein, das heißt, verschiedene Zusammensetzungen
und Konzentrationen der in der oder den Metallschichten enthaltenen
Materialien sind möglich.
Die Kontaktelemente können
sich auf den aktiven Hauptoberflächen der
Halbleiterchips oder auf anderen Oberflächen der Halbleiterchips befinden.
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Die
Halbleiterchips können
mit einem Kapselungsmaterial bedeckt werden. Das Kapselungsmaterial
kann ein beliebiges elektrisch isolierendes Material sein, wie beispielsweise
eine beliebige Art von Ausformmaterial, eine beliebige Art von Epoxidmaterial
oder eine beliebige Art von Harzmaterial. In dem Prozess des Bedeckens
der Halbleiterchips oder Dies mit dem Kapselungsmaterial können eingebettete
Fan-out-Dies hergestellt werden. Die eingebetteten Fan-out-Dies
können
in einem Array beispielsweise mit der Form eines Wafers angeordnet
werden und werden deshalb weiter unten als ein ”rekonfigurierter Wafer” bezeichnet.
Es versteht sich jedoch, dass das Array mit den eingebetteten Fan-out-Dies nicht
auf die Form und Gestalt eines Wafers beschränkt ist, sondern eine beliebige
Größe und Gestalt
aufweisen kann und ein beliebiges geeignetes Array von Halbleiterchips
darin eingebettet sein kann.
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In
den Ansprüchen
und in der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen
eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterchip-Package als
eine bestimmte Sequenz von Prozessen oder Maßnahmen beschrieben, bei einer Ausführungsform
in den Flussdiagrammen. Es ist anzumerken, dass die Ausführungsformen
nicht auf die beschriebene bestimmte Sequenz beschränkt sein sollten.
Bestimmte einzelne oder alle der Prozesse oder Maßnahmen
können
auch gleichzeitig oder in einer beliebigen anderen nützlichen
und angebrachten Sequenz ausgeführt
werden.
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1 zeigt
eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Halbleiterchip-Package. Das
Halbleiterchip-Package 10 enthält einen Halbleiterchip 1 mit
Kontaktelementen 1A auf einer ersten Oberfläche des
Chips 1, eine Kapselungsschicht 2, die den Halbleiterchip 1 bedeckt,
eine Metallisierungsschicht 3, die über der ersten Oberfläche des Chips 1 und
der Kapselungsschicht 2 aufgebracht ist, wobei die Metallisierungsschicht 3 Kontaktbereiche 3A enthält, die
mit den Kontaktelementen 1A des Chips 1 verbunden
sind, und externe Pins 4, die mit dem Kontaktbereich 3A verbunden
sind.
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Bei
der Ausführungsform
von 1 ist nur ein externer Pin 4 dargestellt,
der mit einem Kontaktbereich 3A verbunden ist. Es versteht
sich, dass weitere externe Pins 4 mit jeweils weiteren
Kontaktbereichen 3A verbunden sind, wobei die externen
Pins 4 entlang einer Reihe oder Linie angeordnet sein können, die
sich von einer der äußeren Flächen des Chip-Package 10 aus
nach außen
erstreckt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Halbleiterchip Package von 1 weiterhin
mindestens eine Hauptfläche 10A und
mindestens eine Seitenfläche 10B,
wobei die Seitenfläche 10B einen
kleineren Flächeninhalt
als die Hauptfläche 10A aufweist,
wobei sich die externen Pins 4 durch eine Ebene der Seitenfläche 10B erstrecken.
Die externen Pins 4 können
in der Ebene der Hauptfläche 10A vorgesehen
sein, die sich senkrecht zu der Ebene der Seitenfläche 10B erstreckt.
Bei einer Ausführungsform,
wie in der Ausführungsform
von 1 dargestellt, kann ein Abschnitt der externen
Pins 4 an der Hauptfläche 10B angebracht
sein und ein anderer Abschnitt der externen Pins 4 sich
nach außen
erstrecken, an die Seitenfläche 10B angrenzend.
Die externen Pins 4 können
sich auch durch die Seitenfläche 10B selbst
erstrecken, wobei sie sich dann mit einem Abschnitt in das Innere
des Package 10 erstrecken würden, bei einer Ausführungsform
in die Metallisierungsschicht 3.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Halbleiterchip-Package
von 1 zwei gegenüberliegende
Seitenflächen 10B,
wobei sich erste externe Pins durch eine Ebene der ersten Seitenfläche erstrecken
und sich zweite externe Pins durch eine Ebene der zweiten Seitenfläche erstrecken.
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Ein
Vorteil der oben erwähnten
Ausführungsformen
eines Halbleiterchip-Package besteht darin, dass das Halbleiterchip-Package 10 unter
Verwendung der externen Pins 4 an einer Hauptplatine montiert
und elektrisch mit ihr verbunden werden kann, wie in Ausführungsformen
weiter unten umrissen werden wird. Die externen Pins 4 können dann
mit der Hauptplatine durch die wohlbekannte Durchstecktechnologie
verbunden werden, bei einer Ausführungsform
durch Wellenlöten.
Dies bedeutet, dass die Wärmebelastung
des Halbleiterchip-Package bei einer Ausführungsform des Halbleiterchips
während des
Montierens oder Lötens
des Package an die Hauptplatine bemerkenswert niedrig gehalten werden
kann, beispielsweise im Vergleich mit anderen Montagetechnologien
wie etwa Oberflächenmontagetechnologien
(SMT), da die in dem Montageprozess erzeugte Wärme nur von den relativ dünnen externen
Pins 4 zu dem Halbleiterchip-Package 10 geleitet
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der oben erwähnten
Ausführungsform
besteht darin, dass die beiden gegenüberliegenden Hauptflächen 10A des
Halbleiterchip-Package 10 größere Flächeninhalte besitzen als die
beiden gegenüberliegenden
Seitenflächen 10B des
Halbleiterchip-Package 10, so dass die Hauptflächen 10A dafür genutzt
werden könnten,
einen Kühlkörper oder
ein oder mehrere von weiteren elektrischen Bauelementen darauf bereitzustellen,
wie bei Ausführungsformen
weiter unten ebenfalls dargestellt wird. Durch Anbringen eines Kühlkörpers an eine
Hauptfläche
kann beispielsweise von einem Leistungshalbleiter erzeugte Wärme sehr
effizient abgeleitet werden.
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Das
Halbleiterchip-Package von 1 kann durch
Durchstecktechnologie an einer Hauptplatine montiert und mit dieser
verbunden werden, und zudem kann es leicht abgenommen und aus der
Hauptplatine herausgezogen werden, ohne die Hauptplatine auf irgendeine
Weise zu beeinflussen oder zu beschädigen, so dass die Hauptplatine
auf kosteneffiziente Weise wieder verwendet werden könnte.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Halbleiterchip-Package
von 1 weiterhin mindestens eine Hauptfläche und
einen Kühlkörper, der
an der mindestens einen Hauptfläche
angebracht ist. Bei einer Ausführungsform
kann der Kühlkörper derart
an der mindestens einen Hauptfläche
angebracht oder montiert werden, dass er von dem Halbleiterchip-Package
abgenommen werden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Halbleiterchip-Package
von 1 mindestens eine Hauptfläche und ein elektrisches Bauelement,
das sich über
der Hauptfläche
befindet. Bei dem elektrischen Bauelement kann es sich beispielsweise
um ein oder mehrere eines diskreten elektrischen Bauelements, eines
aktiven elektrischen Bauelements, eines passiven elektrischen Bauelements,
eines elektrischen Schaltungsbauelements und eines integrierten
Schaltungsbauelements handeln.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Halbleiterchip-Package
von 1 eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche, ein
erstes elektrisches Bauelement, das sich über der ersten Hauptfläche befindet,
und ein zweites elektrisches Bauelement, das sich über der
zweiten Hauptfläche
befindet. Wiederum kann es sich bei dem ersten elektrischen Bauelement
und dem zweiten elektrischen Bauelement beispielsweise um ein oder
mehrere eines diskreten elektrischen Bauelements, eines aktiven
elektrischen Bauelements, eines passiven elektrischen Bauelements,
eines elektrischen Schaltungsbauelements und eines integrierten
Schaltungsbauelements handeln.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Halbleiterchip-Package
von 1 eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche, ein
erstes elektrisches Bauelement, das sich über der ersten Hauptfläche befindet,
und ein zweites elektrisches Bauelement oder einen Kühlkörper, das
oder der sich über der
zweiten Hauptfläche
befindet. Wiederum kann es sich bei dem ersten elektrischen Bauelement
und dem zweiten elektrischen Bauelement beispielsweise um ein oder
mehrere eines diskreten elektrischen Bauelements, eines elektrischen
Schaltungsbauelements und eines integrierten Schaltungsbauelements
handeln.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Halbleiterchip-Package von 1 enthält das Halbleiterchip-Package 1 ein
Stromversorgungsmodul, bei einer Ausführungsform ein Schaltnetzteilmodul
oder ein Wandlermodul wie etwa ein DC/DC- oder AC/DC-Wandlermodul.
Insbesondere kann das Halbleiterchip-Package den mindestens einen
Halbleiterchip und daneben einen oder mehrere eines weiteren Halbleiterchips,
eines diskreten elektrischen Bauelements, eines aktiven elektrischen
Bauelements, eines passiven elektrischen Bauelements, eines elektrischen
Schaltungsbauelements und eines integrierten Schaltungsbauelements
enthalten, die alle zusammen in dem Halbleiterchip-Package eingeschlossen
und in der Kapselungsschicht 2 eingebettet sind. Das Stromversorgungsmodul
kann ebenfalls derart angeordnet sein, dass ein Teil des Moduls
innerhalb des Package angeordnet ist, d. h. in die Kapselungsschicht
eingebettet oder darin gekapselt, und ein anderer Teil des Moduls
ist als ein oder mehrere elektrische Bauelemente ausgelegt, die
auf oder über
einer der äußeren Flächen des
Package vorgesehen sind, bei einer Ausführungsform einer der Hauptflächen der
beiden gegenüberliegenden Hauptflächen.
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Folgendes
können
typische Werte für
die Dicken der Komponenten sein. Die Dicke des Halbleiterchips liegt
in der Regel im Bereich von 150 μm
bis 450 μm,
die Dicke der Kapselungs schicht liegt in der Regel im Bereich von
300 μm bis
700 μm und
die Dicke der Metallisierungsschicht liegt in der Regel im Bereich
von 50 μm
bis 300 μm.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird eine Querschnittsdarstellung
einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package gezeigt. Das Halbleiterchip-Package 20 enthält einen
Halbleiterchip 21 mit Kontaktelementen 21A auf
einer ersten Oberfläche des
Chips 21, eine Kapselungsschicht 22, die den Halbleiterchip 21 bedeckt,
eine Umverdrahtungsschicht 23, die über der ersten Oberfläche des
Chips 21 und der Kapselungsschicht 22 aufgebracht
ist und externe Pins 24, die mit der Umverdrahtungsschicht 23 verbunden
sind. Das Package 20 enthält weiterhin Hauptflächen 20A und
Seitenflächen 20B.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Halbleiterchip-Package von 2 kann die
Umverdrahtungsschicht 23 eine Metallisierungsschicht enthalten,
wobei die Metallisierungsschicht Kontaktbereiche enthalten kann,
die mit den Kontaktelementen 21A des Chips 21 verbunden
sind, und wobei die externen Pins 24 mit den Kontaktbereichen
verbunden sein können.
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Weitere
Ausführungsformen
des Halbleiterchip-Package von 2 können gemäß Ausführungsformen
bereitgestellt werden, wie oben in Verbindung mit dem Halbleiterchip-Package
von 1 beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird eine Querschnittsdarstellung
einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package gezeigt. Das Halbleiterchip-Package 30 ist
in einem Zustand dargestellt, in dem es auf eine Hauptplatine 37 montiert
und mit dieser verbunden ist. Das Halbleiterchip-Package 30 enthält externe
Pins 34, die durch die Durchstecktechnologie auf der Hauptplatine 37 montiert
sind. Das Halbleiterchip-Package 30 enthält weiterhin
einen Hauptkörper 31,
der Komponenten enthält,
die in 3 nicht eingehender dargestellt sind, wie einen Halbleiterchip,
eine Kapselungsschicht und eine Metal lisierungsschicht oder Umverdrahtungsschicht, wobei
die Komponenten in einer Form zusammengebaut sind, wie in einer
der Ausführungsformen
von 1 und 2 dargestellt. Die Ausführungsform des
Halbleiterchip-Package 30 von 3 zeigt
eine Ausführungsform,
wie die Hauptflächen
des Hauptkörpers 31 genutzt
werden könnten.
Der Hauptkörper 31 enthält eine
erste Hauptfläche 31A.1 und
eine zweite Hauptfläche 31A.2,
wobei die erste und zweite Hauptfläche 31A.1 und 31A.2 einander
gegenüber liegen,
und zwei Seitenflächen 31B.
Auf einer oder beiden der ersten und zweiten Hauptfläche 31A.1, 31A.2 können elektrische
Bauelemente angeordnet und elektrisch mit Kontaktelementen verbunden
werden, die auf der ersten und zweiten Hauptfläche 31A.1, 31A.2 vorgesehen
sind. Die erste Hauptfläche 31A.1 kann
genutzt werden, indem darauf ein Widerstand 35 bereitgestellt
wird, von dem Endabschnitte elektrisch mit elektrischen Kontaktelementen
auf der ersten Hauptfläche 31A.1 verbunden sind.
Die zweite Hauptfläche 31A.2 kann
genutzt werden, indem darauf eine Induktionsspule 36 bereitgestellt
wird und ihre Anschlüsse
elektrisch mit elektrischen Kontaktelementen auf der zweiten Hauptfläche 31A.2 verbunden
werden. Der Widerstand 35 und die Induktionsspule 36 können auch
durch andere elektrische Bauelemente ersetzt werden, wie beispielsweise
andere diskrete elektrische Bauelemente, aktive oder passive elektrische
Bauelemente, elektrische Schaltungsbauelemente oder integrierte Schaltungsbauelemente.
Das Halbleiterchip-Package 30 kann auch ein Stromversorgungsmodul enthalten,
bei einer Ausführungsform
ein Schaltnetzteilmodul, wobei die elektrischen Bauelemente, die auf
der ersten und zweiten Hauptfläche 31A.1 und 31A.2 bereitgestellt
werden, Teil des Stromversorgungsmoduls sind und der andere Teil
des Stromversorgungsmoduls in dem Hauptkörper 31 des Halbleiterchip-Package 30 untergebracht
und darin eingebettet ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird eine Querschnittsdarstellung
einer Ausführungsform
eines Halbleiterchip-Package gezeigt. Das Halbleiterchip-Package 40 ist
in einem Zustand darge stellt, in dem es auf eine Hauptplatine 47 montiert
und mit dieser verbunden ist. Das Halbleiterchip-Package 40 enthält externe
Pins 44, die durch die Durchstecktechnologie auf der Hauptplatine 47 montiert
sind. Das Halbleiterchip-Package 40 enthält weiterhin
einen Hauptkörper 41,
der Komponenten enthält,
die in 4 nicht eingehender dargestellt sind, wie einen Halbleiterchip,
eine Kapselungsschicht und eine Metallisierungsschicht oder Umverdrahtungsschicht, wobei
die zuvor erwähnten
Komponenten in einer Form zusammengebaut sind, wie in einer der
Ausführungsformen
von 1 und 2 dargestellt. Die externen
Pins 44 des Halbleiterchip-Package 40 sind derart
angeordnet, dass sie sich jeweils durch die gegenüberliegenden
Seitenflächen
des Hauptkörpers 41 erstrecken
und in einem rechten Winkel gebogen sind, so dass sie in ein und
dieselbe Richtung weisen. Auf diese Weise kann das Halbleiterchip-Package 40 nämlich so
auf der Hauptplatine 47 montiert werden, wie in 4 dargestellt,
dass eine untere erste Hauptfläche
des Hauptkörpers 41 sich
gegenüber
der oberen Oberfläche
der Hauptplatine 47 befindet. Bei einer oberen zweiten
Hauptfläche
des Hauptkörpers 41,
die von der Hauptplatine 47 entfernt ist, kann ein elektrisches
Bauelement angeordnet sein, bei dem es sich prinzipiell um ein beliebiges
elektrisches Bauelement handeln kann, wie in den oben erwähnten Ausführungsformen
erläutert
wurde. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
ist das elektrische Bauelement ein Widerstand 46, dessen
Endabschnitte elektrisch mit elektrischen Kontaktelementen auf der
oberen Hauptfläche
des Hauptkörpers 41 verbunden
sind. Anstelle eines elektrischen Bauelements kann auch ein Kühlkörper auf
der ersten Hauptfläche
des Hauptkörpers 41 entfernt
von der Hauptplatine 47 angeordnet sein. Es sei angemerkt,
dass auch auf der ersten unteren Hauptfläche des Hauptkörpers 41,
die der Hauptplatine 47 zugewandt ist, ein elektrisches
Bauelement oder ein Kühlkörper angeordnet
sein können,
wobei dann die vertikalen Abschnitte der externen Pins 44 lang
genug sein sollten, so dass der Abstand zwischen der zweiten Fläche des
Hauptkörpers 41 und
der Hauptplatine 47 eine Anordnung eines elektrischen Bauelements oder
eines Kühlkörpers auf
der ersten unteren Fläche
des Hauptkörpers 41 gestattet.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird eine Querschnittsdarstellung
eines Halbleiterchip-Package gemäß einer
Ausführungsform
gezeigt. Das Halbleiterchip-Package 50, wie in 5 dargestellt, wird
in einem Zustand gezeigt, in dem es an einer Hauptplatine 57 montiert
und mit dieser verbunden ist. Das Halbleiterchip-Package 50 enthält externe Pins 54,
die durch Durchstecktechnologie an einer Hauptplatine 57 montiert
sind. Das Halbleiterchip-Package 50 enthält weiterhin
einen Hauptkörper 51,
der Komponenten enthält,
die in 5 nicht näher
dargestellt sind, wie einen Halbleiterchip, eine Kapselungsschicht
und eine Metallisierungsschicht oder Umverdrahtungsschicht, wobei
die Komponenten in einer Form zusammengesetzt sind, wie in einer
der Ausführungsformen
von 1 und 2 gezeigt, um den Hauptkörper 51 auszubilden.
Der Hauptkörper 51 des
Halbleiterchip-Package 50 enthält eine erste Hauptfläche 51A.1 und
eine zweite Hauptfläche 51A.2.
Auf der ersten Hauptfläche 51A.1 des
Hauptkörpers 51 kann
ein elektrisches Bauelement angeordnet sein, bei dem es sich prinzipiell
um ein beliebiges elektrisches Bauelement handeln kann, wie in einer
der obigen Ausführungsformen
erläutert.
Bei der Ausführungsform
wie in 5 dargestellt besteht das elektrische Bauelement
aus einem Widerstand 55, dessen Endabschnitte elektrisch
mit elektrischen Kontaktelementen auf der ersten Hauptfläche 51A.1 des
Hauptkörpers 51 kontaktiert
sind. Auf der zweiten Fläche 51A.2 des
Hauptkörpers 51 kann
ein Kühlkörper 58 angeordnet
sein, so dass die zweite Fläche 51A.2 des
Hauptkörpers 51 und
eine Hauptoberfläche
des Kühlkörpers 58 in
formschlüssiger
Weise aneinander angebracht sind, um den Wärmefluss von dem Hauptkörper 51 zu
dem Kühlkörper 58 zu
optimieren.
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Der
Kühlkörper 58 kann
aus einem beliebigen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, bei
einer Ausführungsform
aus einem beliebigen metallischen Material wie bei spielsweise in
der Form eines Blocks aus elementarem Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Der Kühlkörper 58 kann
eine zweite Hauptfläche
aufweisen, die von dem Hauptkörper 51 entfernt
ist, wobei die zweite Hauptfläche des
Kühlkörpers 58 Rippen
oder beliebige andere Strukturelemente enthalten kann, die dazu
dienen, den Flächeninhalt
der zweiten Oberfläche
des Kühlkörpers 58 zu
vergrößern, um
die Ableitung von Wärme
nach außen
zu verbessern, bei einer Ausführungsform
zu einem beliebigen flüssigen
oder gasförmigen
Kühlmedium
wie beispielsweise Luft, die auf die zweite Oberfläche des
Kühlkörpers 58 und
entlang dieser strömt.
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Der
Kühlkörper 58 kann
an dem Hauptkörper 51 angebracht
werden, indem mindestens eine nicht gezeigte Schraube verwendet
wird, die durch entsprechende nicht gezeigte Durchgangslöcher geführt wird,
die in dem Hauptkörper 51 und
dem Kühlkörper 58 ausgebildet
sind und sich dadurch erstrecken. Außerdem kann eine metallische
Platte an der zweiten Oberfläche 51A.2 des
Hauptkörpers 51 angebracht sein,
wobei die metallische Platte elektrisch mit einem der elektrischen
Kontaktbereiche des Hauptkörpers 51 verbunden
ist, wie beispielsweise einem der Kontaktbereiche, wie mit den Bezugszeichen 3A in der
Ausführungsform
von 1 bezeichnet. Bei einer Ausführungsform steht in dem Fall,
dass das Halbleiterchip-Package 50 einen Halbleiterchip
mit einem Leistungstransistor enthält, einer der Anschlüsse des
Leistungstransistors in elektrischem Kontakt mit einem der elektrischen
Kontaktbereiche 3A, und dieser bestimmte elektrische Kontaktbereich 3A wird
mit der an der zweiten Oberfläche 51B des Hauptkörpers 51 angebrachten
metallischen Platte kontaktiert sein, und der Kühlkörper 58 ist an der
metallischen Platte angebracht, die auf der zweiten Oberfläche 51B des
Hauptkörpers 51 ruht.
Auf diese Weise kann die von einem in den Hauptkörper 51 des Halbleiterchip-Package 50 eingebetteten
Leistungstransistor erzeugte Wärme
effizient zum Kühlkörper 58 abgeleitet
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 6 wird eine Querschnittsdarstellung
eines Halbleiterchip-Package gemäß einer
Ausführungsform
gezeigt. Das Halbleiterchip-Package 60 enthält einen
ersten Halbleiterchip 61 und einen zweiten Halbleiterchip 62,
wobei sich die beiden Chips 61 und 62 in einer
entgegengesetzten Beziehung zueinander befinden. Die Halbleiterchips 61 und 62 sind
in eine gemeinsame Kapselungsschicht 63 eingebettet, die
beide Chips 61 und 62 bedeckt. Zwischen den Halbleiterchips 61 und 62 ist
eine Metallisierungsschicht 64 angeordnet, wobei die Metallisierungsschicht 64 die
Funktion einer Umverdrahtungsschicht besitzt. In einer ersten Ebene
innerhalb der Metallisierungsschicht 64 sind erste elektrische
Kontaktbereiche 65 angeordnet, von denen jeder mit einem
der Kontaktelemente oder Kontaktpads des ersten Halbleiterchips 61 verbunden
ist. In einer zweiten Ebene in der Metallisierungsschicht 64 sind
zweite elektrische Kontaktbereiche 66 angeordnet, von denen
jeder mit einem der elektrischen Kontaktelemente oder Kontaktpads
des zweiten Halbleiterchips 62 verbunden ist. Die ersten elektrischen
Kontaktbereiche 65 und die zweiten elektrischen Kontaktbereiche 66 sind
jeweils mit externen Pins 67 verbunden, die sich durch
Seitenflächen
des Halbleiterchip-Package 60 erstrecken. Wiederum könnten die
Hauptflächen 60A und 60B des Halbleiterchip-Package 60 genutzt
werden, um ein elektrisches Bauelement und/oder einen Kühlkörper darauf
zu platzieren.
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Unter
Bezugnahme auf 7 ist ein Flussdiagramm eines
Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterchip-Package gemäß einer
Ausführungsform
gezeigt. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen mindestens eines
Halbleiterchips mit Kontaktelementen auf einer ersten Hauptfläche des
Chips (s1), Aufbringen eines Kapselungsmaterials auf den Halbleiterchip
(s2), Aufbringen einer Metallisierungsschicht über der ersten Oberfläche des
Chips und des Kapselungsmaterials, wobei die Metallisierungsschicht Kontaktbereiche
enthält
(s3), und Aufbringen von externen Pins, die mit den Kontaktbereichen
verbunden sind (s4).
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Gemäß einer
Ausführungsform
werden mehrere Halbleiterchip-Packages
hergestellt, indem ein Extended-Wafer-Level-Package-Prozess verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform
beinhaltet bei einem derartigen Prozess das obige Verfahren weiterhin: Bereitstellen
von mehreren Halbleiterchips, Herstellen einer gekapselten Struktur
durch Aufbringen des Kapselungsmaterials auf die mehreren Halbleiterchips,
Aufbringen der Metallisierungsschicht auf die gekapselte Struktur,
Trennen der gekapselten Struktur in mehrere Halbleiterchip-Packages
und Aufbringen von externen Pins auf jedes einzelne der Halbleiterchip-Packages.
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Gemäß einer
Ausführungsform
beinhaltet das Verfahren weiterhin das Anbringen eines Kühlkörpers an
einer Hauptoberfläche
des Halbleiterchip-Package. Bei einer Ausführungsform kann der Kühlkörper mit
einem der Kontaktbereiche verbunden sein, wobei eine mit dem Kontaktbereich
verbundene metallische Platte auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchip-Package
aufgebracht sein kann, so dass der Kühlkörper auf der metallischen Platte
angebracht ist, um die Wärmeableitung
von dem elektrischen Kontaktbereich zu der metallischen Platte und
dem Kühlkörper zu
optimieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform
beinhaltet das Verfahren weiterhin das Bereitstellen eines ersten
elektrischen Bauelements über
einer ersten Hauptfläche
des Halbleiterchip-Package und eines zweiten elektrischen Bauelements über einer
zweiten Hauptfläche
des Halbleiterchip-Package. Bei dem ersten und zweiten elektrischen
Bauelement kann es sich um eines von einem diskreten elektrischen
Bauelement, einem aktiven elektrischen Bauelement, einem passiven
elektrischen Bauelement, einem elektrischen Schaltungsbauelement
bzw. einem integrierten Schaltungsbauelement handeln.
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Gemäß einer
Ausführungsform
beinhaltet das Verfahren weiterhin das Bereitstellen eines ersten
elektrischen Bauelements über
einer ersten Hauptfläche
des Halbleiterchip-Package und eines zweiten elektrischen Bauelements
und/oder eines Kühlkörpers über einer
zweiten Hauptfläche
des Halbleiterchip-Package.
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Unter
Bezugnahme auf 8 ist ein Flussdiagramm eines
Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterchip-Package gemäß einer
Ausführungsform
gezeigt. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen mindestens eines
Halbleiterchips mit Kontaktelementen auf einer ersten Hauptfläche des
Chips (s1), Aufbringen eines Kapselungsmaterials auf den Halbleiterchip
(s2), Aufbringen einer Umverdrahtungsschicht über der ersten Oberfläche des
Chips und des Kapselungsmaterials (s3) und Aufbringen von externen
Pins, die mit der Umverdrahtungsschicht verbunden sind (s4).
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann die Umverdrahtungsschicht die Form einer Metallisierungsschicht
besitzen, wobei die Metallisierungsschicht Kontaktbereiche enthält, wobei
die externen Pins mit den Kontaktbereichen verbunden sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
mehrere Halbleiterchip-Packages
in einem Extended-Wafer-Level-Prozess hergestellt werden. Bei einer
Ausführungsform
innerhalb dieses Prozesses beinhaltet das obige Verfahren weiterhin:
Bereitstellen von mehreren Halbleiterchips, Herstellen einer gekapselten
Struktur durch Aufbringen des Kapselungsmaterials auf die mehreren
Halbleiterchips, Aufbringen der Umverdrahtungsschicht auf die gekapselte
Struktur, Trennen der gekapselten Struktur in mehrere Halbleiterchip-Packages
und Aufbringen von externen Pins auf jeden einzelnen der Halbleiterchip-Packages.
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Weitere
Ausführungsformen
dieses Verfahrens können
auf die gleiche Weise bereitgestellt werden wie die Ausführungsformen,
die in Verbindung mit dem Verfahren von 7 beschrieben
wurde.
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Wenngleich
hierin spezifische Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann,
dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen
für die
gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden
können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen
der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb
soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und
die Äquivalente
davon beschränkt werden.