DE102011050228B4

DE102011050228B4 - Halbleiter-Package und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Packages mit Induktionsspule

Info

Publication number: DE102011050228B4
Application number: DE102011050228A
Authority: DE
Inventors: Klaus Elian; Horst Theuss; Georg Meyer-Berg
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: DE102011050228A1; US20110298088A1; DE102011050228B9; US8513771B2

Abstract

Halbleiter-Package (100), umfassend: einen Halbleiterchip (10); eine auf dem Halbleiterchip (10) aufgebrachte, mindestens eine Wicklung (18) aufweisende Induktionsspule (16); und einen aus einem Kapselungsmaterial ausgebildeten Kapselungskörper (20), wobei das Kapselungsmaterial eine magnetische Komponente aufweist und einen Raum (22) innerhalb der mindestens einen Wicklung (18) füllt, um einen magnetischen Wicklungskern auszubilden, wobei der Halbleiterchip (10) ein Loch (34) umfasst, wobei das Loch (34) den Raum (22) innerhalb der mindestens einen Wicklung (18) umfasst, der mit dem Kapselungsmaterial gefüllt ist, wobei der Halbleiterchip (10) eine in einer ersten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterchips (10) vorgesehene Ausnehmung (19) umfasst, wobei sich die Ausnehmung (19) seitlich von dem Loch (34) zu einem Umriss des Halbleiterchips (10) erstreckt und mit Kapselungsmaterial gefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Package und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Halbleiterchips werden in einer Formmasse gekapselt, um die Chips vor Einwirkungen aus der Umwelt zu schützen, um die Zuverlässigkeit und Leistung sicherzustellen. Bei vielen Anwendungen, wie etwa z. B. HF-Bauelementen (Hochfrequenz), werden Induktionsspulen an die Chips gekoppelt und in die Packages eingebettet. Solche Packages können groß, kompliziert und teuer werden. Sowohl die Hersteller als auch die Verbraucher von Elektronikgeräten wünschen jedoch Bauelemente, die preiswert und von reduzierter Größe sind und dennoch größere Bauelementfunktionalität besitzen.
US 2007/0236393 A1 offenbart einen Halbleiterchip mit einer auf einer Oberfläche des Halbleiterchips geformten Antenne mit mehreren Windungen. Eine Schicht aus magnetischem Material ist auf der Antenne abgeschieden und füllt einen Raum zwischen den Windungen.
Gemäß DE 10 2008 047 395 A1 ist ein induktives Bauelement auf einer ersten Seite einer integrierten Schaltung aufgebracht. Ferromagnetisches Material ist über dem induktiven Bauelement und auf der gegenüberliegenden Seite der integrierten Schaltung abgeschieden.
US 2009/0140383 A1 lehrt die Herstellung einer Induktorstruktur für die Verwendung mit Halbleiterbauelementen. Ein Induktorkern ist durch Abscheiden eines magnetischen Materials hoher Permeabilität gebildet.
Somit kann eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin gesehen werden, ein preiswertes und kompaktes Halbleiter-Package mit Induktionsspule und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 ist eine Querschnittsansicht eines nicht zur Erfindung gehörigen Package, das einen Halbleiterchip, eine Induktionsspule und einen Kapselungskörper umfasst.
2A bis 2K zeigen schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines nicht zur Erfindung gehörigen Halbleiter-Package.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Package, das einen Halbleiterchip, eine Induktionsspule und einen Kapselungskörper umfasst.
4 ist eine Perspektivansicht der Ausführungsform von 3, wobei der Kapselungskörper nicht gezeigt ist.
5 ist eine Bodendraufsicht der Ausführungsform von 3.
6 ist eine Bodendraufsicht einer Ausführungsform ähnlich der in 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Package, das einen Halbleiterchip, eine Induktionsspule und einen Kapselungskörper umfasst.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Package, das einen Halbleiterchip, eine Induktionsspule und einen Kapselungskörper umfasst.
9 ist eine Perspektivansicht der Ausführungsform von 8, wobei der Kapselungskörper nicht gezeigt ist.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Package, das einen Halbleiterchip, eine Induktionsspule und einen Kapselungskörper umfasst.
Aspekte und Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen im Allgemeinen genutzt werden, um 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. Es kann jedoch dem Fachmann klar sein, dass ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form gezeigt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten der Ausführungsformen zu erleichtern. Es sei außerdem angemerkt, dass die Darstellungen der verschiedenen Lagen, Folien, Hohlräume oder Substrate in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
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 z. B. „oberer”, „unterer”, „Oberseite”, „Unterseite”, „linker”, „rechter”, „Vorderseite”, „Rückseite” 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.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Ausdrücke „gekoppelt” und/oder „elektrisch gekoppelt” sollen, wie sie in dieser Spezifikation verwendet werden, nicht bedeuten, dass die Elemente direkt zusammengekoppelt sein müssen; dazwischenliegende Elemente können zwischen den „gekoppelten” oder „elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein.
Die weiter unten beschriebenen Halbleiterchips können von unterschiedlichen Arten sein, können durch verschiedene Technologien hergestellt sein und können beispielsweise integrierte elektrische Schaltungen, elektrooptische Schaltungen, elektromechanische Schaltungen wie etwa z. B. MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) und/oder passive Elemente enthalten. Die hierin beschriebenen Halbleiterchips können HF-Schaltungen (Hochfrequenz), Steuerschaltungen, Logikschaltungen oder Mikroprozessoren enthalten. Die Halbleiterchips brauchen nicht aus einem spezifischen Halbleitermaterial, beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, hergestellt zu sein und können weiterhin anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie etwa beispielsweise diskrete passive Elemente, Antennen, Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
Gemäß einem Aspekt wird ein Kapselungsmaterial bereitgestellt. Das Kapselungsmaterial kann den Halbleiterchip mindestens teilweise bedecken, um einen Kapselungskörper auszubilden. Das Kapselungsmaterial kann auf einem Polymermaterial basieren, das heißt, es kann ein Basismaterial (nachfolgend auch als ein Matrixmaterial bezeichnet) umfassen, das aus einem entsprechenden duroplastischen, thermoplastischen oder wärmehärtenden Material oder Laminat (Prepreg) hergestellt ist. Insbesondere kann ein auf Epoxidharz basierendes Matrixmaterial verwendet werden. Das Matrixmaterial kann ein Füllmaterial enthalten, z. B. SiO₂-Partikel, um physikalische Eigenschaften des Kapselungskörpers einzustellen, wie etwa z. B. den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Weiterhin ist in das Matrixmaterial eine magnetische Substanz z. B. in Form von magnetischen Partikeln eingebettet. Die magnetische Substanz oder die magnetischen Partikel können aus Eisen, Nickel und/oder Molybdän oder Mischungen und/oder Legierungen dieser Materialien hergestellt sein. Als Beispiel können Eisen-, Nickel- oder Molybdänpulverpartikel in dem Kapselungsmaterial enthalten sein. Die Partikel können mit einer isolierenden Schale beschichtet sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Das Kapselungsmaterial kann nach seiner Abscheidung durch eine Wärmebehandlung gehärtet werden. Zum Ausbilden des Kapselungskörpers durch das Kapselungsmaterial können verschiedene Techniken eingesetzt werden, z. B. Formpressen, Transferholding, Spritzgießen, Pulversintern, Liquid-Molding, Dispensieren oder Laminieren.
Das Kapselungsmaterial kann nach der Abscheidung gehärtet werden, um den festen Kapselungskörper auszubilden. Die relative magnetische Permeabilität (d. h. das Verhältnis der Permeabilität des Kapselungsmaterials zu der Permeabilität des freien Raums) des aus dem Kapselungsmaterials hergestellten Wicklungskerns kann je nach der Anwendung hoch (zwischen 60–150), mittel (zwischen 20–60) und niedrig (zwischen 3–20) sein. Die Induktanz der Induktionsspule kann über einen oder Dutzenden von μH liegen.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Induktionsspule in den Halbleiterchip integriert. Dazu kann eine Hauptoberfläche des Halbleiterchips mit einem mit Metall gefüllten Wicklungsgraben versehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Induktionsspule extern an den Halbleiterchip angebracht werden. Dazu können Spulwicklungen darstellende Drähte auf einer Hauptoberfläche des Halbleiterchips platziert werden (z. B. abgeschieden oder drahtgebondet).
Bei diesen und weiteren Ausführungsformen ist der Wicklungskern der Induktionsspule mit dem Kapselungsmaterial, in das magnetische Partikel eingebettet sind, gefüllt. Somit kann ein Teil des Kapselungskörpers den Wicklungskern der Induktionsspule bilden.
Das Kapselungsmaterial kann verwendet werden, um Packages vom Fan-Out-Typ herzustellen. Bei einem Package vom Fan-Out-Typ befinden sich mindestens einige der externen Kontaktpads und/oder Leiterlinien, die den Halbleiterchip mit externen Kontaktpads des Package verbinden, seitlich außerhalb des Umrisses des Halbleiterchips oder schneiden zumindest den Umriss des Halbleiterchips. Somit wird bei Packages vom Fan-Out-Typ ein peripher äußerer Teil des Package des Halbleiterchips in der Regel (zusätzlich) dazu verwendet, das Package elektrisch mit externen Anwendungen, wie etwa Anwendungsplatinen usw. zu verbinden. Dieser äußere Teil des Package, der den Halbleiterchip umgibt, vergrößert effektiv den Kontaktbereich des Package relativ zu der Bodenfläche des Halbleiterchips, was somit zu den gelockerten Beschränkungen hinsichtlich Packagepadgröße und Teilung bezüglich späterer Verarbeitung, z. B. Second Level Assembly, führt.
Eine oder mehrere Metallschichten mit der Gestalt von Leiterlinien (oder Leiterbahnen) können über dem Halbleiterchip und dem Kapselungskörper platziert werden. Die Metallschichten können beispielsweise verwendet werden, um eine elektrische Umverdrahtungsstruktur herzustellen. Die Leiterlinien können als Verdrahtungsschichten verwendet werden, um von außerhalb des Halbleiter-Package einen elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterchip herzustellen und/oder um mit anderen Halbleiterchips und/oder Komponenten, die in dem Halbleiter-Package enthalten sind, einen elektrischen Kontakt herzustellen. Die Leiterlinien können Kontaktpads des Halbleiterchips an die externen Kontaktpads koppeln. Die Leiterlinien können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Gestalt und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Jedes gewünschte Metall, beispielsweise Aluminium, Nickel, Palladium, Silber, Zink, Gold oder Kupfer, oder Metalllegierungen können als das Material verwendet werden. Die Leiterlinien brauchen nicht homogen oder aus nur einem Material hergestellt zu sein, das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Leiterlinien enthaltenen Materialien möglich. Weiterhin können die Leiterlinien über oder unter oder zwischen elektrisch isolierenden Schichten wie etwa z. B. dielektrischen Polymerschichten angeordnet sein.
1 zeigt schematisch ein Halbleiter-Package 100 im Querschnitt. Das Halbleiter-Package 100 enthält einen Halbleiterchip 10 mit einer ersten Hauptfläche 12 und einer zweiten Hauptfläche 14 gegenüber der ersten Hauptfläche 12. Das Halbleiter-Package 100 enthält weiterhin eine Induktionsspule 16 mit mindestens einer Wicklung 18. Weiterhin kann ein Kapselungskörper 20 den Halbleiterchip 10 bedecken. Ein Teil 22 des Kapselungskörpers 20 füllt einen Raum innerhalb der Wicklung(en) 18, um einen magnetischen Wicklungskern auszubilden. Der Kapselungskörper 20 ist aus einem Material hergestellt, das eine oder mehrere magnetische Substanzen enthält.
Insbesondere kann, wie in 1 gezeigt, die mindestens eine Wicklung (in 1 beispielsweise sind vier Wicklungen dargestellt) in den Halbleiterchip 10 integriert sein. Dazu können ein oder mehrere Wicklungsgräben 24 in der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 hergestellt werden, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Der Wicklungsgraben 24 kann beispielsweise je nach der gewünschten Stromlast und/oder der Magnetfeldstärke und/oder der Anwendung eine beliebige gewünschte Geometrie und beliebige gewünschte Abmessungen besitzen. Beispielsweise kann eine Breite eines Wicklungsgrabens 24 etwa 2 μm, 5 μm, 10 μm oder mehr aufweisen, und eine Tiefe eines Wicklungsgrabens 24 kann z. B. etwa 10 μm, 30 μm, 50 μm oder mehr betragen. Ein Seitenverhältnis von z. B. 10 oder mehr kann erhalten werden. Der Wicklungsgraben 24 und somit die Wicklungen 18 können z. B. eine kontinuierliche spiralförmige Erstreckung aufweisen. Die Draufsichtsgestalt einer Wicklung 18 kann kreisförmig, vieleckig usw. sein. Die Wicklungen 18 bilden eine Spule, die als eine Induktanz, z. B. in HF-Bauelementen, als ein Frequenzfilter oder in beliebigen anderen geeigneten Anwendungen verwendet werden kann. Weiterhin können mehrere Induktionsspulen 16 oder Spulen in dem Halbleiterchip 10 oder damit verbunden ausgebildet sein.
Der Wicklungsgraben 40 kann mit einem beliebigen elektrisch leitenden Material gefüllt sein, z. B. einem Metall oder einem elektrisch leitenden Polymermaterial. Bei einer Ausführungsform kann der Wicklungsgraben 24 beispielhaft mit Kupfer oder Aluminium gefüllt sein.
Es wird angemerkt, dass der Halbleiterchip 10 mit Chipkontaktpads versehen sein kann, die in 1 nicht dargestellt sind. Solche Chipkontaktpads sind in der Regel an eine in dem Halbleiterchip 10 ausgebildete nicht gezeigte integrierte Schaltung und/oder an die Wicklungen 18 der Induktionsspule 16 gekoppelt. Natürlich kann eine in dem Halbleiterchip 10 ausgebildete integrierte Schaltung auch durch eine chipinterne Verdrahtung elektrisch an die Wicklungen 18 der Induktionsspule 16 gekoppelt sein.
2A bis 2K zeigen schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Package 200, wie in 2K gezeigt. Das in den unten beschriebenen 2A bis 2K gezeigte Verfahren kann gleichermaßen auf die Herstellung des Package 100 von 1 und mehrere weiter unten beschriebene andere Ausführungsformen angewendet werden.
Die Halbleiterchips 10 sowie alle anderen hierin beschriebenen Halbleiterchips können auf einem aus einem Halbleitermaterial hergestellten Wafer 30 hergestellt werden. Ein derartiger Halbleiter-Wafer 30 ist in 2A gezeigt. Der Halbleiter-Wafer 30 kann ein Volumensilizium 31 enthalten, in das nicht gezeigte integrierte Schaltungen eingebettet sein können. Die Chipkontaktpads 32 befinden sich auf einer ersten Hauptfläche 12 des Halbleiter-Wafer 30. Auf die integrierten Schaltungen kann über die Chipkontaktpads 32 elektrisch zugegriffen werden. Die Chipkontaktpads 32 können aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, hergestellt sein und können eine beliebige gewünschte Gestalt und Größe aufweisen. Zum Zweck der leichten Darstellung ist hier nur ein Chipkontaktpad 32 für jedes funktionale Chipgebiet des Wafers 30 dargestellt. Je nach der integrierten Schaltung ist in der Regel jedes funktionale Chipgebiet mit mehreren Chipkontaktpads 32 versehen. Die integrierten Schaltungen und die Chippads 32 werden während der sogenannten Frontend-Wafer-Verarbeitung auf dem Wafer-Level ausgebildet.
Wicklungsgräben 24 und Löcher 34 können in jedem funktionalen Chipgebiet auf Wafer-Level ausgebildet werden. Die Herstellung der Wicklungsgräben 24 und Löcher 34 kann auf viele unterschiedliche Weisen erfolgen, die unter anderem von dem Material des Wafer 30 abhängen können. Beispielsweise kann Reaktives Ionenätzen (RIE – Reactive Ion Etching) verwendet werden, um die Wicklungsgräben 24 und die Löcher 34 herzustellen.
Das elektrochemische Ätzen stellt eine weitere mögliche Produktionsvariante zum Ausbilden von Löchern 34 oder Gräben 24 dar. Zur Vorbereitung für das elektrochemische Ätzen wird die erste Hauptfläche 12 des Wafer 30 selektiv bezüglich einer Maske anfänglich geätzt, wobei z. B. für beispielsweise 10 Minuten eine 10%ige Kaliumhydroxidlösung verwendet wird. Danach wird die erste Hauptfläche 12 mit einem Elektrolyten, z. B. HF-Säure, bedeckt und eine Spannung wird zwischen der zweiten Hauptfläche 14 und dem Elektrolyt angelegt. Die zweite Hauptfläche 14 wird gleichzeitig über eine Lichtquelle bestrahlt, z. B. mit einer Wellenlänge von 800 nm. Die Intensität der Lichtquelle ist derart eingestellt, dass eine vorbestimmte Stromdichte, z. B. 10 nA pro Loch 34, zwischen dem Wafer 30 und dem Elektrolyt fließt. Infolge des Stroms zwischen der anfänglich geätzten ersten Hauptfläche 12 des Wafer 30 und dem Elektrolyt entstehen Poren an den anfänglich geätzten Orten und wachsen in den Wafer 30, wodurch z. B. die Löcher 34 entstehen.
Anstelle des oben beschriebenen elektrochemischen Ätzens können andere Loch- oder Grabenbildungstechniken für die Herstellung des Lochs 34 oder des Grabens 24 verwendet werden. Prinzipiell können alle in der Mikromechanik bekannten Bildungsverfahren, beispielsweise RIE-(Reaktives Ionenätzen) Verfahren, Bohren, Laserbohren, Ultraschallbohren oder Sandstrahlen für diesen Zweck verwendet werden.
Beispielhaft kann der Wafer 30 eine Dicke im Bereich von 25 bis 2000 μm und optional im Bereich von 50 bis 250 μm aufweisen. Die Löcher 34 können einen Durchmesser im Bereich von 2 bis 200 μm und optional im Bereich von 30 bis 100 μm aufweisen, z. B. etwa 50 μm. Das Verhältnis von Lochlänge zu Lochdurchmesser (Seitenverhältnis) kann im Bereich von 2 bis 1000 liegen, und optional können relativ große Seitenverhältnisse über z. B. 5, 10 oder sogar 100 verfügbar sein. Es wird angemerkt, dass das Loch 34 ein Sackloch oder ein Durchgangsloch sein kann. Das Loch 34 erstreckt sich in der Regel mindestens in einen Raum innerhalb des Wicklungsgrabens 24. Die Tiefe des Lochs 34 kann z. B. größer oder gleich der Tiefe des Wicklungsgrabens 24 sein.
Ein elektrisch leitendes Material wird in den Wicklungsgraben 24 eingeführt, um die Wicklungen 18 der Induktionsspule 16 auszubilden (2C). Bei einer Ausführungsform kann das elektrisch leitende Material durch galvanische Plattierung eingeführt werden. Dazu kann eine nicht gezeigte Keimschicht in dem Wicklungsgraben 24 abgeschieden werden, und eine weitere Schicht wird auf der Keimschicht galvanisch abgeschieden („plattiert”). Die weitere Schicht kann zum Beispiel aus Kupfer bestehen und kann eine Dicke besitzen, so dass sie den Wicklungsgraben 24 ganz füllt.
Als Alternative zu dem oben erwähnten galvanischen Plattierungsprozess kann ein stromloser Plattierungsprozess wie etwa eine stromlose Nickel-Palladium-Plattierung verwendet werden. Eine stromlose Plattierung wird in der Technik auch als chemische Plattierung bezeichnet. Weiterhin können andere Abscheidungsverfahren wie etwa physikalische Abscheidung aus der Dampfphase (PVD), chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD), Sputtern oder Drucken eingesetzt werden, um den Wicklungsgraben 24 mit einem elektrisch leitenden Material zu füllen.
Weiterhin können Drucktechnologien verwendet werden, um den Wicklungsgraben 24 mit einem elektrisch leitenden Material zu füllen. Dazu kann eine feine Metallpartikel enthaltende Paste verwendet werden. Die Metallpartikel können beispielsweise aus Kupfer, Silber, Gold, Zinn oder Nickel oder einer Metalllegierung bestehen. Die Metallpartikel können in einer geeigneten Flüssigkeit oder einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert sein. Das Auftragen der Paste, die die in der Flüssigkeit dispergierten Metallpartikel enthält, kann z. B. durch Schablonendruck, Siebdruck, Tintenstrahldruck oder andere geeignete Drucktechnologien durchgeführt werden. Nach dem Aufbringen der Paste kann die Paste einer Energie ausgesetzt werden (z. B. erhöhter Temperatur usw.). Dieser Temperaturschritt bewirkt, dass die Flüssigkeit in der Paste verdampft. Weiterhin kann die ausgeübte Temperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls liegen (wenn in makroskopischen Abmessungen bereitgestellt), aus dem die Metallpartikel hergestellt sind. Wegen des Temperaturschritts können die Metallpartikel sintern und somit feste leitende Metallwicklungen 18 bilden.
Wie in 2D gezeigt, können die funktionalen Chipgebiete des Halbleiter-Wafer 30 in die Halbleiterchips 10 vereinzelt werden, indem der Wafer 30 entlang der strichgepunkteten Schnittlinie X zerlegt wird (in 2D sind nur zwei der funktionalen Chipgebiete gezeigt, die nach dem Zerlegen dem Halbleiterchip 10 entsprechen). Die Vereinzelung kann beispielsweise durch Sägen, Schneiden, Ätzen oder Laserabtragung bewerkstelligt werden, zum Beispiel Stealth-Dicing. Die in 2D gezeigten Halbleiterchips 10 können eine Implementierung des in 1 gezeigten Halbleiterchips 10 sein.
Um die Halbleiterchips 10 zu kapseln, wird ein (temporärer) Träger 50 bereitgestellt, wie in 2E dargestellt. Bei dem Träger 50 kann es sich um eine Platte handeln, die aus einem starren Material hergestellt ist, beispielsweise einem Metall, einer Metalllegierung, Silizium, Glas oder Kunststoff. Der Träger 50 kann mindestens eine flache Oberfläche aufweisen, und ein Klebeband 51, beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband 51, kann auf diese Oberfläche des Trägers 50 laminiert werden. Komponenten des herzustellenden Halbleiterbauelements können auf diesem Klebeband 51 platziert werden. Die Gestalt des Trägers 50 ist nicht auf irgendeine geometrische Gestalt beschränkt, beispielsweise kann der Träger 50 rund oder quadratisch sein. Der Träger 50 kann eine beliebige angemessene Größe besitzen. Somit kann der ausgeformte Körper (oftmals als ein „ausgeformter rekonfigurierter Wafer” bezeichnet), der auf der Basis des Trägers 50 ausgebildet ist, z. B. scheibenförmig mit einem Durchmesser von z. B. 200 oder 300 mm sein oder kann irgendeine beliebige andere Gestalt wie etwa eine vieleckige Gestalt mit den gleichen oder anderen seitlichen Abmessungen sein.
Wie in 2E gezeigt, werden die Halbleiterchips 10 auf dem Träger 50 platziert. Die Halbleiterchips können auf dem Klebeband 51 fixiert werden. Alternativ kann mit dem Träger 50 ein Klebermaterial oder irgendein anderes adhäsives Material oder mechanisches Befestigungsmittel (wie etwa eine Klemmeinrichtung oder ein Unterdruckgenerator) assoziiert sein und zum Fixieren der Halbleiterchips 10 verwendet werden. Die Halbleiterchips 10 können in einem Array angeordnet sein, wobei der Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips 10 gemäß der gewünschten Bodenfläche des herzustellenden Halbleiter-Package bestimmt werden kann. Der Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips 10 kann z. B. im Bereich zwischen 0,25 mm und 10 mm liegen. Es sei angemerkt, dass in allen 2E bis 2F nur eine Teilsektion des Trägers 50 und des ausgeformten Körpers dargestellt ist, das heißt, dass in der Praxis in der Regel viel mehr als zwei Halbleiterchips 10 (z. B. einige Dutzende oder mehr als hundert davon) auf dem Träger 50 platziert werden.
Die Halbleiterchips 10 werden auf dem Träger 50 in einem größeren Abstand als den umgeordnet, in dem sie sich in der Waferbindung befanden (2E). Die Halbleiterchips 10 können auf dem gleichen Halbleiter-Wafer 30 hergestellt worden sein, können aber alternativ auf anderen Halbleiter-Wafern hergestellt worden sein. Weiterhin können die Halbleiterchips 10 physikalisch identisch sein, können aber auch verschiedene integrierte Schaltungen enthalten und/oder andere Komponenten darstellen. Die Halbleiterchips 10 können so über dem Träger 50 angeordnet sein, dass ihre ersten Hauptflächen 12 die dem Träger 50 zugewandten Chipkontaktpads 32 enthalten. In diesem Fall können die ersten Hauptflächen 12 und die Chipkontaktpads 32 mit dem Klebeband 51 in direktem Kontakt stehen.
Nachdem die Halbleiterchips 10 auf dem Träger 50 montiert worden sind, werden sie mit einem Kapselungsmaterial gekapselt, wodurch der ausgeformte Körper 60 entsteht, wie in 2F gezeigt. Das Kapselungsmaterial kann die zweiten Hauptflächen 14 der Halbleiterchips 10 und auch die Seitenflächen 9 der Halbleiterchips 10 ganz oder teilweise bedecken. Die Spalte zwischen den Halbleiterchips 10 können ebenfalls mit dem Kapselungsmaterial gefüllt werden. Weiterhin werden die Löcher 34 mindestens teilweise mit dem Kapselungsmaterial gefüllt, so dass das Kapselungsmaterial in einem Raum 22 innerhalb der Wicklungen 18 abgeschieden ist, um einen magnetischen Wicklungskern auszubilden.
Beispielsweise kann das Kapselungsmaterial ein duroplastisches oder wärmehärtendes Formmaterial sein. Das Kapselungsmaterial kann auf einem Polymer basieren wie etwa z. B. einem Epoxidmaterial und kann ein Füllmaterial enthalten, das aus kleinen Glaspartikeln (SiO₂) besteht, oder andere elektrisch isolierende mineralische Füllmaterialien wie Al₂O₃ oder organische Füllmaterialien. Das Kapselungsmaterial kann weiterhin eine magnetische Substanz enthalten. Beispielhaft kann das Kapselungsmaterial ein ferromagnetisches Material enthalten. Das ferromagnetische Material kann ein weichmagnetisches ferromagnetisches Material sein. Das Kapselungsmaterial kann beispielsweise Partikel von einem oder mehreren aus der Gruppe aus Eisen, Nickel oder Molybdän enthalten. Solche Partikel können verwendet werden, um Pulverkerne der Induktionsspulen 16 auszulegen.
Beispielhaft kann das Kapselungsmaterial je nach den Anforderungen bei einer Ausführungsform etwa 79–81% Nickel, 17% Eisen und 2–4% Molybdän enthalten. Eine derartige Zusammensetzung liefert bekannterweise MPP-Kerne (Molypermalloy-Pulver). Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Kapselungsmaterial Partikel einer Nickel-Eisen-Legierung (z. B. etwa 50% Nickel und 50% Eisen) enthalten. Eine derartige Zusammensetzung liefert bekannterweise Pulverkerne mit einem hohen Fluss. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann das Kapselungsmaterial Partikel einer Eisen-Silizium-Aluminiumlegierung (z. B. etwa 85% Eisen, 9% Silizium und 6% Aluminium) enthalten. Eine derartige Zusammensetzung liefert bekannterweise Sendust-Pulverkerne.
Nach dem Härten verleiht das Kapselungsmaterial dem Array aus Halbleiterchips 10 Stabilität. Es können verschiedene Techniken eingesetzt werden, um die Halbleiterchips 10 mit dem Kapselungsmaterial zu bedecken. Das Kapselungsmaterial kann beispielsweise durch Formpressen, Einspritzen, Granulatformen, Pulversintern oder Liquid-Molding aufgetragen werden.
Beispielsweise wird bei einem Formpressprozess das flüssige Kapselungsmaterial in eine offene untere Formhälfte gegeben, von der der Träger 50 den Boden bildet. Nach dem Ausgeben des flüssigen Kapselungsmaterials wird dann eine obere Formhälfte nach unten bewegt und verteilt das flüssige Kapselungsmaterial, bis ein Hohlraum zwischen dem den Boden der unteren Formhälfte bildenden Träger 50 und der oberen Formhälfte vollständig gefüllt ist. Dieser Prozess kann von dem Ausüben von Wärme und Druck begleitet werden. Nach dem Härten ist das Kapselungsmaterial starr und bildet den geformten Körper 60. Je größer die seitliche Größe des geformten Körpers 60 und die Anzahl der eingebetteten Halbleiterchips 10 ist, umso kosteneffizienter wird der Prozess in der Regel sein.
Die in dem geformten Körper 60 gekapselten Halbleiterchips 10 werden von dem Träger 50 gelöst und das Klebeband 51 wird von dem geformten Körper 60 abgezogen, wie in 2G gezeigt. Das Klebeband 51 kann Wärmelöseeigenschaften besitzen, die das Entfernen des Klebebands 51 während einer Wärmebehandlung gestatten.
Nach dem Lösen des Trägers 50 und des Klebebands 51 bilden die ersten Hauptflächen 12 der Halbleiterchips 10 und eine untere oder vordere Seitenoberfläche 62 des geformten Körpers 60 eine im Wesentlichen gemeinsame Ebene 11. Die Ebene 11 kann nicht gezeigte Stufen enthalten, die eine Höhe von z. B. bis zu etwa 10 μm besitzen können. Tatsächlich kann eine Stufe an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem geformten Körper 60 existieren. Wie unten beschrieben und in 2H–2J gezeigt, kann eine elektrische Umverdrahtungsstruktur auf der Ebene 11 aufgebracht werden.
Eine dielektrische Schicht 70 kann auf der Ebene 11 abgeschieden werden, wie in 2H gezeigt. Die dielektrische Schicht 70 kann auf unterschiedliche Weisen hergestellt werden. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 70 aus einer Gasphase oder aus einer Lösung abgeschieden werden oder kann auf die vorderseitige Oberfläche 62 laminiert werden. Weiterhin können Dünnschichttechnologieverfahren oder ein standardmäßiger PCB-Industrieprozessfluss für das Aufbringen der dielektrischen Schicht 70 verwendet werden. Die dielektrische Schicht 70 kann aus einem Polymer wie etwa Polyimid, Silikon, Epoxid, Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybenzoxazol, Benzocyclobuten (BCB), Polynorbornen, Phenolharzen, cyclischen olefinischen (Co)polymeren, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Parylen, Photolackmaterial, Duroplast, Siliziumnitrid oder einem anorganischen keramikartigen Material wie etwa Silikon-Kohlenstoff-Verbindungen hergestellt sein. Die dielektrische Schicht 70 kann aus einem Polymer wie etwa Parylen, Photolackmaterial, Imid, Epoxid, Duroplast, Silikon, Siliziumnitrid oder einem anorganischen keramikartigen Material wie etwa Silikon-Kohlenstoff-Verbindungen hergestellt werden. Die Dicke der dielektrischen Schicht 70 kann bis zu 10 μm oder noch mehr betragen. Die dielektrische Schicht 70 kann auch entfallen.
Um elektrische Kontakte zu den in den Halbleiterchips 10 eingebetteten integrierten Schaltungen herzustellen, kann die dielektrische Schicht 70 in Bereichen geöffnet werden, wo die Kontaktpads 32 angeordnet sind, wie in 2H dargestellt. Die Öffnungen 72 in der dielektrischen Schicht 70 können beispielsweise unter Verwendung photolithografischer Verfahren und/oder Ätzverfahren hergestellt werden.
Eine Metallschicht 80 wird auf der dielektrischen Schicht 70 aufgebracht und wird strukturiert, wie in 2I gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform wird eine möglicherweise aus zwei verschiedenen Schichten bestehende nicht gezeigte Keimschicht aufgebracht. Der erste Teil der Keimschicht ist eine Barrierenschicht, die beispielsweise aus Titan, Titan-Wolfram oder Palladium besteht und zuerst auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht 70 und den exponierten Kontaktpads 32 abgeschieden wird. Die Abscheidung der Barrierenschicht kann durch stromlose Abscheidung aus einer Lösung oder durch Sputtern ausgeführt werden. Die Barrierenschicht kann eine Dicke im Bereich von 10 bis 80 nm besitzen, insbesondere etwa 50 nm.
Die Dicke der Keimschicht kann vergrößert werden, indem auf der Barrierenschicht eine weitere Metallschicht abgeschieden wird. Die Barrierenschicht kann als eine Elektrode für eine galvanische Abscheidung der weiteren Metallschicht verwendet werden. Der obere Teil der Keimschicht kann beispielsweise aus Kupfer bestehen und kann eine Dicke im Bereich von 100 bis 200 nm besitzen.
Eine Photolackschicht kann auf die Keimschicht gedruckt, elektrisch abgeschieden oder aufgeschleudert werden (nicht dargestellt). Durch Belichtung mit einer geeigneten Wellenlänge durch eine Maske und nachfolgende Entwicklung oder Lasereinwirkung werden Ausnehmungen in der Photolackschicht ausgebildet. Danach kann der durch die Ausnehmungen exponierte Abschnitt der Keimschicht durch galvanische Abscheidung eines metallischen Materials verstärkt werden. Während der galvanischen Abscheidung des metallischen Materials wird die Keimschicht als Elektrode verwendet. Kupfer oder andere Metalle oder Metalllegierungen können in den unmaskierten Bereichen und bis zu einer gewünschten Höhe, die üblicherweise größer als 3 μm ist, auf die Keimschicht plattiert werden.
Nach dem Plattieren der Metallschicht 80 wird die Photolackschicht durch Einsatz eines entsprechenden Lösungsmittels abgelöst. Die nun exponierten Abschnitte der ursprünglichen Keimschicht, die nicht mit der Metallschicht 80 bedeckt worden sind, können durch einen kurzen Ätzschritt entfernt werden, wodurch getrennte Leiterlinien erzeugt werden, wie in 2I gezeigt.
Eine dielektrische Schicht 90 kann auf der Metallschicht 80 abgeschieden werden und kann in bestimmten Bereichen 92 geöffnet werden, um Abschnitte der Metallschicht 80 zu exponieren, wie in 2J dargestellt. Die exponierten Abschnitte der Metallschicht 80 dienen als externe Kontaktpads 82. Die dielektrische Schicht 90 kann durch Verwendung der gleichen oder ähnlicher Materialien und Bearbeitungsschritte, wie oben in Verbindung mit der dielektrischen Schicht 70 beschrieben, hergestellt werden. Die dielektrische Schicht 90 kann die Funktion einer Lötstoppschicht besitzen. Die dielektrische Schicht 90 kann auch entfallen, falls z. B. die Kontaktpads 82 durch die seitlichen Abmessungen der strukturierten Metallschicht 80 anstatt durch eine darüber liegende Lötstoppschicht definiert werden.
Lotabscheidungen 95 können auf den externen Kontaktpads 82 platziert werden, wie in 2J dargestellt. Die Lotabscheidungen 95 können auf den externen Kontaktpads 82 durch sogenanntes „Ball Placement” aufgebracht werden, bei dem vorgeformte Kugeln, die aus Lotmaterial bestehen, auf den externen Kontaktpads 82 aufgebracht werden. Als Alternative zum „Ball Placement” können die Lotabscheidungen 95 beispielsweise mit Hilfe eines Schablonendrucks mit einer Lotpaste aufgebracht werden, gefolgt von einem Wärmebehandlungsprozess. Das Lotmaterial kann aus Metalllegierungen gebildet werden, die beispielsweise aus den folgenden Materialien bestehen: SnPb, SnAg, SnAgCu, SnAgCuNi, SnAu, SnCu und SnBi. Die Lotabscheidungen 95 können verwendet werden, um das Halbleiter-Package 200 elektrisch mit anderen Komponenten, beispielsweise einer PCB, zu koppeln. Die Lotabscheidungen 95 werden über die strukturierte Metallschicht 80 elektrisch an die Kontaktpads 32 der Halbleiterchips 10 gekoppelt.
Wie in 2K gezeigt, werden die Halbleiter-Packages 200 voneinander getrennt, indem der geformte Körper 60 und möglicherweise die elektrische Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 beispielsweise durch Sägen, Schneiden, Ätzen oder einem Laserstrahl zerlegt wird.
Die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten Halbleiter-Packages 200 können Packages vom Fan-Out-Typ sein. Der Kapselungskörper 20 gestattet, dass sich die elektrische Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 über den Umriss der Halbleiterchips 10 hinaus erstreckt. Die externen Kontaktpads 82 brauchen deshalb nicht innerhalb des Umrisses der Halbleiterchips 10 angeordnet zu werden, sondern können über einen größeren Bereich verteilt werden. Der größere Bereich, der infolge des Kapselungskörpers 20 für die Anordnung der externen Kontaktpads 82 zur Verfügung steht, bedeutet, dass die externen Kontaktpads 82 nicht nur in einem großen Abstand voneinander angeordnet werden können, sondern dass die maximale Anzahl an externen Kontaktpads 82, die dort angeordnet werden kann, gleichermaßen im Vergleich zu der Situation vergrößert ist, wenn alle externen Kontaktpads 82 innerhalb des Umrisses der Halbleiterchips 10 angeordnet sind. Solche Packages werden auch als eWLB-Package (enhanced Wafer Level BGA) bezeichnet, wobei BGA die Abkürzung für Ball Grid Array ist.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die in 2K gezeigten Halbleiter-Packages 200 und deren Herstellung wie oben beschrieben nur ein Ausführungsbeispiel sein sollen und viele Variationen möglich sind. Jedes der oben beschriebenen Halbleiter-Packages 200 enthält einen einzelnen Halbleiterchip 10. Alternativ können in dem gleichen Halbleiter-Package 200 zwei oder mehr Halbleiterchips 10 oder passive Elemente unterschiedlicher Arten enthalten sein. Somit sind System-in-Package-(SiP)Strukturen, die eine Anzahl von Chips in einem einzelnen Package enthalten, möglich. Die Halbleiterchips 10 und passiven Elemente können hinsichtlich Funktion, Größe, Herstellungstechnologie usw. differieren.
Weiterhin kann die elektrische Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 mehr als eine Metallschicht 80 enthalten. Die Metallschichten können aufeinander gestapelt werden, und dielektrische Schichten können zwischen benachbarten Metallschichten angeordnet sein.
Weiterhin kann eine nicht gezeigte elektrische Umverdrahtungsstruktur auf der rückseitigen Hauptoberfläche 64 des geformten Körpers 60 auf die gleiche Weise wie die auf der vorderseitigen Oberfläche 62 angeordnete elektrische Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 erzeugt werden. Dazu kann die rückseitige Oberfläche 64 des geformten Körpers 60 durch eine Verdünnungsoperation (z. B. CMP) planar gemacht werden. Die elektrische Umverdrahtungsstruktur auf der rückseitigen Hauptoberfläche 64 des geformten Körpers 60 kann zum Beispiel eine Montageplattform für Package-on-Package-(PoP)Strukturen liefern.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiter-Package 300. Das Halbleiter-Package 300 ist in vielerlei Hinsicht den Halbleiter-Packages 100 und 200 ähnlich, und bezüglich Ähnlichkeiten beim Design und dem Herstellungsverfahren wird auf die entsprechende Beschreibung in Verbindung mit 1 bis 2K Bezug genommen. Als ein Unterschied zu dem Halbleiter-Package 100 verwendet das Halbleiter-Package 300 einen Halbleiterchip 10, der konfiguriert ist, eine in der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 ausgebildete Ausnehmung 19 zu haben. Die Ausnehmung 19 ist so angeordnet, dass sie mit dem Loch 34 verbindet und sich von dem Loch 34 zu der Peripherie oder dem Umriss des Halbleiterchips 10 erstreckt.
Die Ausnehmung 19 kann von unterschiedlichem Design und unterschiedlicher Gestalt sein. Beispielhaft kann gemäß einer Ausführungsform die Ausnehmung 19 als eine Nut ausgelegt sein, wie in 4 gezeigt (Perspektivansicht des Halbleiterchips 10 nach 3) und 5 (Bodendraufsicht auf das Halbleiter-Package 300).
Gemäß 4 kann die Nut 19 eine abgerundete Querschnittsgestalt aufweisen und kann z. B. etwa den gleichen Durchmesser wie das Loch 34 besitzen. Jedoch sind beliebige andere Gestalten möglich, z. B. kann die Nut 19 eine V-förmige Nut oder eine Nut mit einem rechteckigen Querschnitt sein. Die Ausnehmung 19 kann auf dem Wafer-Level durch eine beliebige geeignete Technik hergestellt werden, z. B. Sägen, Ätzen, Fräsen usw.
Während des Kapselungsprozesses füllt das Kapselungsmaterial das Loch 34 und die Nut 19. Folglich sind die Wicklungen 18 in dem rechten Teil von 3 von einer geschlossenen Schleife aus Kapselungsmaterial umgeben. Diese geschlossene Schleife aus Kapselungsmaterial dient dazu, die Magnetflusslinien zu führen und zu begrenzen, was zu einer Verbesserung der Induktanz der durch die Wicklungen 18 gebildeten Magnetspule (Induktionsspule) führt.
5 ist eine Bodendraufsicht auf das Package 300 gemäß einer Ausführungsform. Die Seitenflächen auf der linken und rechten Seite des Halbleiterchips 10 sind als Bezugszahlen 9a bzw. 9b bezeichnet. Wie in der vorausgegangenen Beschreibung erwähnt, bezieht sich die Bezugszahl 32 auf an der ersten Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 angeordnete Kontaktpads. Die erste Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 kann mit der unteren Oberfläche des Package 300 bündig sein, die von der vorderseitigen Oberfläche 62 des geformten Körpers 60 abgeschnitten ist (siehe 2G) und deshalb ebenfalls mit Bezugszahl 62 bezeichnet ist.
Bei der Ausführungsform eines Halbleiter-Package 300, wie in 3 bis 5 gezeigt, sind die Kontaktpads 32 mit den Enden der Wicklungen 18 verbunden. Die Wicklungen 18 der Induktionsspule 16 sind durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Weiterhin können nicht gezeigte Kontaktpads über der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 verteilt und mit einer oder mehreren in dem Halbleiterchip 10 eingebetteten integrierten Schaltungen verbunden sein. Weiterhin ist anzumerken, dass das in 3 bis 5 dargestellte Halbleiter-Package 300 nicht mit einer elektrischen Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 ähnlich wie das in 1 dargestellte Package 100 ausgestattet ist. Natürlich können jedoch eine elektrische Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 und Lotabscheidungen 95 gemäß der Beschreibung in Verbindung mit 2H bis 2K auf dem Package 300 aufgebracht werden. Zur Vermeidung einer Wiederholung wird auf diese Figuren und die begleitende Beschreibung bezüglich des Aufbringens einer elektrischen Umverdrahtungsstruktur auf das Package 300 Bezug genommen.
6 ist eine Bodendraufsicht auf ein Halbleiter-Package 400, das dem in 3 bis 5 gezeigten Halbleiter-Package 300 ähnlich ist. Insbesondere gilt die Querschnittsansicht von 3 auch für das in 6 gezeigte Package 400. Anders als bei dem Package 300, wie in 4 und 5 gezeigt, öffnet sich die Ausnehmung 19 jedoch zu mehr als einer, nämlich zum Beispiel drei Seitenflächen des Halbleiterchips 10 an der Peripherie davon. Bei dieser Ausführungsform öffnet sich beispielhaft die Ausnehmung 19 nicht zu der Seitenfläche 9a. In dem ausgenommenen Bereich des Halbleiterchips 10 ist der Umriss des Halbleiterchips 10 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Bei Package 400 von 6 erstreckt sich die die Wicklungen 18 umgebende geschlossene Schleife aus Kapselungsmaterial über ein größeres Raumgebiet als bei dem in 5 gezeigten Package 300. Deshalb werden mehr Magnetflusslinien ganz durch das Kapselungsmaterial geführt, was dazu führt, dass die Induktanz der Induktionsspule 16 von 6 größer ist als die Induktanz der Induktionsspule 16 von 5.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Halbleiter-Package 500. Hier sind die Wicklungen 18 von geschlossenen Schleifen aus Kapselungsmaterial sowohl auf der rechten Seite als auch auf der linken Seite relativ zu dem Loch 34 umgeben. Auf beiden Seiten kann die Ausnehmung 19 als eine Nut (siehe 4 und 5) oder als ein durchgehend ausgenommener Bereich ausgebildet sein, der durch drei Seitenflächen des Halbleiterchips 10 definiert wird, wie in 6 gezeigt. Es ist auch möglich, dass die Ausnehmung 19 auf einer Seite als eine oder mehrere Nuten ausgebildet ist und die Ausnehmung 19 auf der anderen Seite als ein ganz ausgenommener Bereich definiert ist, der durch drei Seitenflächen des Halbleiterchips 10 definiert wird (siehe 6). Je größer der Winkelbereich des Kapselungsmaterials in Form einer geschlossenen Schleife, umso höher ist die Induktanz der Induktionsspule 16. Dazu kann ein Winkelbereich von mehr als 10%, 20%, 50%, 70% oder sogar 90% des ganzen Bereichs von 360° relativ zu dem Loch 34 durch das Kapselungsmaterial implementiert werden, das einen Magnetflusslinienpfad mit geschlossener Schleife bildet. Beispielhaft kann somit fast die ganze erste Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 ausgenommen sein, außer einiger verbleibender nicht gezeigter Pfosten, auf denen der Halbleiterchip 10 während der Kapselung platziert wird. Wegen anderer Einzelheiten des Halbleiter-Package 500 wird auf die vorausgegangene Beschreibung von Ausführungsformen Bezug genommen, um eine Wiederholung zu vermeiden.
8 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Halbleiter-Package 600. Beim Package 600 liegen die Wicklungen 18 der Induktionsspule 16 bei der zweiten Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10. Die Erzeugung der Wicklungen 18 kann gemäß der Beschreibung in Verbindung mit 2A bis 2D bewerkstelligt werden, außer dass die zweite Hauptfläche 14 anstatt der ersten Hauptfläche 12 des Wafers 30 verarbeitet wird. Bei einer Ausführungsform wird die nicht gezeigte integrierte Schaltung des Halbleiterchips an der ersten Hauptfläche 12 ausgebildet (d. h. gegenüber den Wicklungen 18). Bei einer anderen Ausführungsform wird die nicht gezeigte integrierte Schaltung in der zweiten Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 ausgebildet, das heißt, in der gleichen Halbleiteroberfläche, in der die Gräben 24 und die Wicklungen 18 implementiert sind.
Der Halbleiterchip 10 dieser und anderer Ausführungsformen kann weiterhin ein Via 25 umfassen, das mit einem elektrisch leitenden Material, z. B. Metall, gefüllt ist. Das Via 25 kann von der ersten Hauptfläche 12 zu der zweiten Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 verlaufen. Somit kann das Via 25 eine elektrische Durchführung bilden, um elektrische Signale von der zweiten Hauptfläche 14 zu der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips zu lenken, die an dem Boden des Package 600 exponiert sein kann. Ein exponierter Bereich 25a des Via 25 kann als ein Chipkontaktpad ähnlich den Chipkontaktpads 32 verwendet werden. Insbesondere können exponierte Bereiche 25a der Vias 25 mit einer elektrischen Umverdrahtungsstruktur 70, 80, 90 verbunden sein, wie in 2A bis 2K gezeigt. Die Vias 25 können durch die gleichen Techniken wie das Loch 34 oder eine beliebige andere in der Technik bekannte Technik hergestellt werden, um TSV (Through Silicon Vias) herzustellen.
Unter weiterer Bezugnahme auf das Package 600, wieder wie in Verbindung mit 3 bis 7 erläutert, kann die erste Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 eine Ausnehmung 19 umfassen, um dafür zu sorgen, dass ein geschlossener Magnetflusslinienpfad ganz durch das Kapselungsmaterial verläuft. Die Ausnehmung 19 kann gemäß den Darstellungen in 4 bis 7 ausgebildet sein. Hinsichtlich 7 werden Vias 25 in Gebieten der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 bereitgestellt, die nicht ausgenommen sind (z. B. Pfosten).
Beispielhaft liefert 9 eine Perspektivansicht einer möglichen Implementierung des in Package 600, wie in 8 gezeigt, verwendeten Halbleiterchips 10. Hier besitzt ähnlich der in 4 und 5 gezeigten Ausführungsform die Ausnehmung 19 die Gestalt einer Nut oder eines Kanals, die oder der zu einer Seitenfläche 9b des Halbleiterchips 10 offen ist. Natürlich können ähnlich wie bei anderen Ausführungsformen mehrere solche Nuten 19 implementiert werden, um die Induktanz zu erhöhen und/oder um das Füllen des Lochs 34 und der Nut 19 (d. h. der Ausnehmung) mit Kapselungsmaterial während des Ausformens zu erleichtern.
10 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Halbleiter-Package 700. Bei vielen Aspekten kann das Package 700 ähnlich den Packages 100 bis 600 hergestellt und ausgelegt werden, und es wird auf die vorausgegangene Beschreibung Bezug genommen, um eine Wiederholung zu vermeiden. Als ein Unterschied zu den Packages 100 bis 600 sind jedoch die eine oder die mehreren Wicklungen 18 auf dem Halbleiterchip 10 montiert, anstatt in den Halbleiterchip 10 integriert zu sein. Insbesondere kann die Wicklung 18 auf der zweiten Hauptoberfläche 14 des Halbleiterchips 10 durch einen beliebigen angemessenen Befestigungs- oder Abscheidungsprozess wie etwa galvanisches oder stromloses Plattieren, Drucken usw. angeordnet werden. Diese Prozesse wurden zuvor beschrieben, und es wird auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen. Weiterhin können, in 10 nicht gezeigt, die Wicklungen 18 durch eine Bonddrahtspule implementiert werden, die auf Kontaktpads an der zweiten Hauptoberfläche 14 des Halbleiterchips 10 gebondet ist. Ähnlich zu den in 10 gezeigten abgeschiedenen Wicklungen 18 kann ein innerer Freiraum 22 der Bonddrahtspule während des Kapselungsprozesses (z. B. Ausformungsprozesses) mit dem Kapselungsmaterial gefüllt werden.
Weiterhin kann bei einer Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, der Halbleiterchip 10 optional ohne Loch 34 in der Hauptfläche vorgesehen werden, auf der die Wicklung 18 platziert wird (z. B. die zweite Hauptfläche 14). Dennoch kann ein Freiraum 22 zwischen der Wicklung 18 mit Kapselungsmaterial gefüllt werden, das während der Kapselung einen Wicklungskern der Induktionsspule 16 bildet.
Unter Bezugnahme auf 10 wird bei einer nicht gezeigten weiteren Ausführungsform der Halbleiterchip 10 mit einem Loch 34 ausgestattet, das durch den Halbleiterchip 10 verläuft, wie zuvor erläutert. Weiterhin kann die erste Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 mit einer Ausnehmung 19 versehen werden, wie zuvor erläutert. In diesem Fall kann das Kapselungsmaterial für einen geschlossenen Magnetflusslinienpfad gemäß der Beschreibung von in 3 bis 9 gezeigten Ausführungsformen sorgen.
Ähnlich wie bei Package 600 können Vias 25 bereitgestellt werden, um elektrische Signale von den Wicklungen 18 auf der zweiten Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 zu der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 zu lenken. Weiterhin können nicht gezeigte Vias 25 bereitgestellt werden, um mit einer nicht gezeigten integrierten Schaltung zu verbinden, z. B. an der zweiten Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 hergestellt. Wie bereits in Verbindung mit 8 beschrieben, kann auch eine nicht gezeigte integrierte Schaltung bei der ersten Hauptfläche 12 des Halbleiterchips 10 eingebettet sein, d. h. gegenüber der zweiten Hauptfläche 14, wo die Wicklung(en) 18 angeordnet ist/sind.
Bei allen Ausführungsformen kann die (optionale) Ausnehmung 19 eine Tiefe im Bereich von 2 bis 200 μm und optional im Bereich von 30 bis 100 μm besitzen, z. B. etwa 50 μm. Weiterhin wird bei allen Ausführungsformen das den Raum 22 in der oder den Windungen 18 füllende Polymer- oder Kapselungsmaterial mit einer magnetischen Substanz versehen, um für einen magnetischen Wicklungskern mit einer relativen Permeabilität größer als 1 (μ_r > 1) zu sorgen.

Claims

Halbleiter-Package (100), umfassend: einen Halbleiterchip (10); eine auf dem Halbleiterchip (10) aufgebrachte, mindestens eine Wicklung (18) aufweisende Induktionsspule (16); und einen aus einem Kapselungsmaterial ausgebildeten Kapselungskörper (20), wobei das Kapselungsmaterial eine magnetische Komponente aufweist und einen Raum (22) innerhalb der mindestens einen Wicklung (18) füllt, um einen magnetischen Wicklungskern auszubilden, wobei der Halbleiterchip (10) ein Loch (34) umfasst, wobei das Loch (34) den Raum (22) innerhalb der mindestens einen Wicklung (18) umfasst, der mit dem Kapselungsmaterial gefüllt ist, wobei der Halbleiterchip (10) eine in einer ersten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterchips (10) vorgesehene Ausnehmung (19) umfasst, wobei sich die Ausnehmung (19) seitlich von dem Loch (34) zu einem Umriss des Halbleiterchips (10) erstreckt und mit Kapselungsmaterial gefüllt ist.
Halbleiter-Package (100, 300) nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterchip (10) einen in der ersten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterchips (10) bereitgestellten Wicklungsgraben (24) umfasst, wobei der Wicklungsgraben (24) mit einem Metallmaterial gefüllt ist, um die mindestens eine Wicklung (18) auszubilden.
Halbleiter-Package (100, 300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Halbleiterchip (10) einen in einer zweiten Hauptoberfläche (14) des Halbleiterchips (10) gegenüber der ersten Hauptoberfläche (12) bereitgestellten Wicklungsgraben (24) umfasst, wobei der Wicklungsgraben (24) mit einem Metallmaterial gefüllt ist, um die mindestens eine Wicklung (18) auszubilden.
Halbleiter-Package (100, 300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche wobei der Halbleiterchip (10) eine zweite Hauptoberfläche (14) gegenüber der ersten Hauptoberfläche (12) und sich von der ersten Hauptoberfläche (12) zu der zweiten Hauptoberfläche (14) erstreckende Seitenflächen (9) umfasst und wobei der Kapselungskörper (20) die Seitenflächen (9) des Halbleiterchips (10) ganz bedeckt.
Halbleiter-Package (100, 200, 300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kapselungskörper (20, 60) eine Oberfläche (62) umfasst, die mit der ersten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterchips (10) im Wesentlichen koplanar ist.
Halbleiter-Package (100, 200, 300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend eine elektrische Umverdrahtungsstruktur (70, 80, 90) mit mindestens einer strukturierten Metallschicht (80) und einer Polymerschicht (70, 90), wobei sich die elektrische Umverdrahtungsstruktur (70, 80, 90) über eine Oberfläche (62) des Kapselungskörpers (20, 60) und über der ersten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterchips (10) erstreckt.
Halbleiter-Package (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kapselungsmaterial ein Polymermaterial umfasst, in das magnetische Partikel eingebettet sind.
Halbleiter-Package (100, 200, 300) nach Anspruch 7, wobei die magnetischen Partikel Eisen, Nickel und/oder Molybdän umfassen.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Package (100, 200, 300), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Halbleiter-Wafers (30), der mehrere funktionale Chipgebiete umfasst; Aufbringen einer Induktionsspule (16) mit mindestens einer Wicklung (18) auf jedem funktionalen Chipgebiet; und Trennen des Wafers (30) in mit Induktionsspulen (16) ausgestattete Halbleiterchips (10); weiterhin umfassend das Erzeugen eines Lochs (34) in jedem funktionalen Chipgebiet, wobei das Loch (34) einen Raum (22) innerhalb der Wicklung (18) umfasst; weiterhin umfassend das Erzeugen einer Ausnehmung (19) in einer Wafer-Oberfläche (12) jedes funktionalen Chipgebiets, wobei sich die Ausnehmung (19) seitlich von dem Loch (34) zu einem Umriss des funktionalen Chipgebiets erstreckt; Anbringen eines der Halbleiterchips (10) an einem Träger (50); und Abscheiden eines Kapselungsmaterials auf dem Halbleiterchip (10), um einen Kapselungskörper (20, 60) auszubilden, wobei das Kapselungsmaterial eine magnetische Komponente aufweist und den Raum (22) innerhalb der Wicklung (18) füllt, um einen magnetischen Wicklungskern auszubilden, und die Ausnehmung (19) füllt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anbringen eines Halbleiterchips (10) das Anbringen von mehreren Halbleiterchips (10) umfasst, wobei jeder Halbleiterchip (10) eine Induktionsspule (16) aufweist, wobei das Verfahren weiterhin das Vereinzeln des Kapselungskörpers (20, 60) in mindestens zwei Halbleiter-Packages (100, 200, 300) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, weiterhin umfassend: Erzeugen eines Wicklungsgrabens (24) in einer Wafer-Oberfläche (12) jedes funktionalen Chipgebiets; und Abscheiden von Metallmaterial in dem Wicklungsgraben (24), um die mindestens eine Wicklung (18) der Induktionsspule (16) auszubilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, weiterhin umfassend das Aufbringen einer elektrischen Umverdrahtungsstruktur (70, 80, 90) auf dem Kapselungskörper (20, 60).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Kapselungskörper (20, 60) durch Formpressen, Transferholding, Spritzgießen, Pulversintern, Liquid-Molding, Dispensieren oder Laminieren ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Kapselungsmaterial auf einem Polymermatrixmaterial basiert, in das magnetische Partikel eingebettet sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die magnetischen Partikel Eisen, Nickel und/oder Molybdän umfassen.