DE102013103351A1

DE102013103351A1 - Elektronikmodul

Info

Publication number: DE102013103351A1
Application number: DE102013103351A
Authority: DE
Inventors: Stefan Landau; Joachim Mahler; Khalil Hosseini; Ivan Nikitin; Thomas Wowra; Lukas Ossowski
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2033-04-05
Also published as: CN103367350B; DE102013103351B4; US20130264721A1; CN103367350A

Abstract

Das Elektronikmodul enthält einen ersten Träger und einen auf dem ersten Träger angeordneten ersten Halbleiterchip. Ein zweiter Halbleiterchip ist über dem ersten Halbleiterchip angeordnet. Eine Materialschicht klebt den zweiten Halbleiterchip an den ersten Träger und verkapselt den ersten Halbleiterchip.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Auf dem Gebiet des Halbleiterchip-Packaging tritt sehr häufig das Problem auf, dass zwei oder mehr Chips auf einem Träger montiert werden müssen, um ein Halbleiterchip-Package herzustellen. Die Halbleiterchips können unterschiedliche Funktionen, Größen und Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann einer der Halbleiterchips aus einem Leistungshalbleiterchip bestehen und der andere der Halbleiterchips kann aus einem integrierten Logikschaltungschip (IC-Chip) bestehen, wobei beide Chips beispielsweise Teil eines Leistungswandlers oder einer Stromversorgungsschaltung sind. Die Halbleiterchips können prinzipiell Seite an Seite auf einem Trägerchip angeordnet sein, was eine spezielle Prozedur erfordert und zu einem Package mit einem relativ großen Basisbereich führt. Auf dem Gebiet der Elektronikbauelemente besteht jedoch ein allgemeines Ziel darin, sie mit kleinen Gesamtgrößenabmessungen herzustellen, insbesondere mit einem kleinen Basisbereich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes Verständnis von Ausführungsformen zu vermitteln, und sind in diese Patentschrift 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 ergeben sich ohne weiteres, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform;
4 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform;
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform;
6A–6D zeigen schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform;
7A–7C zeigen schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform; und
8A–8B zeigen schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen durchweg allgemein zur Bezugnahme auf gleiche Elemente verwendet werden. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Ausführungsformen zu vermitteln. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, 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 eines oder mehrerer Aspekte der Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sei weiter angemerkt, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu oder nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
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 ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Die Ausführungsformen eines Elektronikmoduls und eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls können verschiedene Arten von Halbleiterchips oder in die Halbleiterchips integrierten Schaltungen verwenden, unter ihnen integrierte Logikschaltungen, integrierte Analogschaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen, MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems), integrierte Leistungschips, Chips mit integrierten passiven Elementen usw. Die Ausführungsformen können auch Halbleiterchips verwenden, die Transistoren, Leistungstransistoren, MOS-Transistorstrukturen oder vertikale Transistorstrukturen wie beispielsweise IGBT-Strukturen (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder allgemein Transistorstrukturen umfassen, bei denen mindestens ein elektrischer Kontaktanschluss auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiterchips und mindestens ein anderer elektrischer Kontaktanschluss auf einer zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips gegenüber der ersten Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet ist.
Bei mehreren Ausführungsformen werden Schichten oder Schichtstapel aufeinander aufgebracht oder Materialien werden auf Schichten aufgebracht oder abgeschieden. Es versteht sich, dass alle solchen Ausdrücke wie "aufgebracht" oder "abgeschieden" praktisch alle Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten aufeinander abdecken sollen. Insbesondere sollen sie Techniken abdecken, bei denen Schichten auf einmal als Ganzes aufgebracht werden, wie etwa beispielsweise Laminierungstechniken, sowie Techniken, bei denen Schichten auf sequenzielle Weise abgeschieden werden, wie beispielsweise Sputtern, Plattieren, Ausformen, CVD usw. Des Weiteren kann unter dem Begriff "Systemträger" in dieser Anmeldung beispielsweise ein Leadframe verstanden werden.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Elektronikmodul 10 von 1 umfasst einen ersten Träger 1, einen auf dem ersten Träger 1 angeordneten ersten Halbleiterchip 2, einen über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordneten zweiten Halbleiterchip 3 und eine Materialschicht 4, die den zweiten Halbleiterchip 3 an den ersten Träger 1 klebt und den ersten Halbleiterchip 2 kapselt.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann die Materialschicht 4 aus einer Klebefolie oder einem Klebeband bestehen. Die Klebefolie kann prinzipiell aus einer beliebigen Art von Kunststoffmaterial oder Polymermaterial hergestellt sein. Sie kann eine Dicke im Bereich von 20 µm bis 150 µm aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann die Materialschicht 4 aus einer Klebepaste bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der zweite Halbleiterchip 3 größere Größenabmessungen als der erste Halbleiterchip 2 aufweisen. Insbesondere kann, wie in 1 ersichtlich ist, der zweite Halbleiterchip 3 entlang mindestens einer als "x" bezeichneten Richtung größer sein als der erste Halbleiterchip 2. Zudem kann der zweite Halbleiterchip 2 auch in einer anderen horizontalen Richtung senkrecht zu der x-Richtung, nämlich einer als "y" bezeichneten Richtung, größer sein als der erste Halbleiterchip 2. In diesem Fall kann der zweite Halbleiterchip 3 derart über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordnet sein, dass der zweite Halbleiterchip 3 Außenseitenränder aufweist, die sich seitlich über jeweilige Seitenränder des ersten Halbleiterchips 2 hinaus erstrecken. Mit anderen Worten kann der zweite Halbleiterchip 3 derart über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordnet sein, dass der zweite Halbleiterchip 3 den ersten Halbleiterchip 2 in allen Richtungen ganz überlappt.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 können der zweite Halbleiterchip 3 und die Materialschicht 4 ähnliche oder gleiche seitliche Seitenabmessungen aufweisen, was bedeutet, dass ihre jeweiligen Seitenränder seitlich aufeinander ausgerichtet sind.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann die Materialschicht 4 größere seitliche Größenabmessungen als der zweite Halbleiterchip 3 aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der erste Halbleiterchip 2 eine Dicke unter 100 µm, insbesondere 10 µm bis 100 µm, insbesondere 20 µm bis 50 µm aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der zweite Halbleiterchip 3 eine Dicke im Bereich von 40 µm bis 800 µm aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der zweite Halbleiterchip 3 eine Dicke größer als die Dicke des ersten Halbleiterchips 2 aufweisen. Insbesondere kann der zweite Halbleiterchip 3 eine Dicke aufweisen, die mindestens zweimal größer ist als die Dicke des ersten Halbleiterchips 2. Es versteht sich, dass die Dickenrichtung der z-Richtung, wie in 1 gezeigt, entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 können der erste und zweite Halbleiterchip 2 und 3 elektrisch miteinander verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der erste Halbleiterchip 2 aus einem oder mehreren eines Transistorchips, eines MOS-Transistorchips, eines vertikalen Transistorchips, eines IGBT-Transistorchips und eines Leistungstransistorchips bestehen. Der zweite Halbleiterchip 3 kann aus einem oder mehreren eines Prozessorchips, eines Controllerchips, eines Logikschaltungschips und eines integrierten Schaltungschips bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der erste Halbleiterchip 2 aus einem oder mehreren eines Prozessorchips, eines Controllerchips, eines Logikschaltungschips und eines integrierten Schaltungschips bestehen. Der zweite Halbleiterchip 3 kann aus einem oder mehreren eines Transistorchips, eines MOS-Transistorchips, eines vertikalen Transistorchips, eines IGBT-Transistorchips und eines Leistungstransistorchips bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann die Materialschicht 4 stromleitend sein. Die Materialschicht 4 kann entweder eine isotrope Stromleitfähigkeit oder eine anisotrope Stromleitfähigkeit umfassen. Es kann auch der Fall sein, dass einer oder mehrere des ersten und zweiten Halbleiterchips 2 und 3 mindestens ein elektrisches Kontaktelement umfassen können, und die Materialschicht 4 kann ein elektrisches Kontaktelement des ersten Halbleiterchips 2 oder des zweiten Halbleiterchips 3 elektrisch entweder mit dem ersten Träger 1 oder mit einem elektrischen Kontaktelement des jeweiligen anderen des ersten und zweiten Halbleiterchips 2 und 3 verbinden. Eine etwas ausführlichere Ausführungsform wird später gezeigt und erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann die Materialschicht 4 darin eingebettete stromleitende Partikel umfassen. Die stromleitenden Partikel können in der Materialschicht 4 gleichförmig verteilt sein, so dass die Materialschicht 4 eine isotrope Stromleitfähigkeit umfassen kann. Die stromleitenden Partikel können innerhalb der Materialschicht 4 auch ungleichförmig verteilt sein, so dass die Materialschicht 4 eine anisotrope Stromleitfähigkeit umfassen kann.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann ein dritter Halbleiterchip über dem ersten Halbleiterchip 2 und seitlich neben dem zweiten Halbleiterchip 3 angeordnet sein. Der dritte Halbleiterchip kann durch die Materialschicht 4 an den ersten Träger 1 geklebt sein. Der zweite und dritte Halbleiterchip können derart dimensioniert sein, dass jeder von ihnen kleinere seitliche Größenabmessungen als der erste Halbleiterchip 2 aufweist, doch können sie derart angeordnet sein, dass sie beide den ersten Halbleiterchip 2 in allen Richtungen vollständig überlappen. Eine etwas detailliertere Ausführungsform wird später gezeigt und erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann der erste Halbleiterchip 2 ein erstes elektrisches Kontaktelement auf einer dem zweiten Halbleiterchip 3 zugewandten ersten Hauptfläche aufweisen. Das Elektronikmodul 10 kann weiterhin einen elektrischen Verbinder und ein das erste elektrische Kontaktelement mit dem elektrischen Verbinder verbindendes elektrisches Glied umfassen. Der elektrische Verbinder kann in der gleichen Ebene wie der erste Träger 1 angeordnet sein. Sowohl der erste Träger 1 als auch der elektrische Verbinder können von ein und demselben Systemträger stammen, die zu Beginn des Fabrikationsprozesses zusammenhängen können und die dann während des Fabrikationsprozesses in verschiedene elektrische Glieder getrennt werden können. Das elektrische Glied kann auf einem Metallclip enthalten sein, der eine starre Form und Gestalt aufweisen kann und der mit einer planen unteren Oberfläche eines oberen Teils auf dem ersten elektrischen Kontaktelement des ersten Halbleiterchips 2 verbunden werden kann und der sich dann hinunter zum elektrischen Verbinder erstrecken kann und mit einem unteren Teil mit dem elektrischen Verbinder verbunden sein kann. Eine etwas ausführlichere Ausführungsform wird später gezeigt und erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform des Elektronikmoduls 10 kann das Elektronikmodul 10 weiterhin einen zweiten Träger umfassen, der in der gleichen Ebene wie der erste Träger 1 angeordnet sein kann, der aber elektrisch von dem ersten Träger 1 isoliert ist. Der erste Halbleiterchip 2 kann auf dem ersten Träger 1 und auf dem zweiten Träger angeordnet sein. Insbesondere kann der erste Halbleiterchip 2 mindestens zwei elektrische Kontaktelemente umfassen, von denen eines mit dem ersten Träger 1 verbunden ist und von denen das andere mit dem zweiten Träger verbunden ist. Es ist auch möglich, dass sich der zweite Halbleiterchip 3 seitlich über dem zweiten Träger erstreckt und dass die Materialschicht 4 an dem zweiten Träger angebracht ist. Eine etwas ausführlichere Ausführungsform wird nachfolgend gezeigt und erläutert.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Elektronikmodul 20 von 2 umfasst einen ersten Träger 21, einen zweiten Träger 22, einen auf dem ersten und zweiten Träger 21 und 22 angeordneten ersten Halbleiterchip 23, einen über dem ersten Halbleiterchip 23 angeordneten zweiten Halbleiterchip 24 und eine Materialschicht 25, die den zweiten Halbleiterchip 24 an den ersten und zweiten Träger 21 und 22 klebt und den ersten Halbleiterchip 23 kapselt.
Der erste Halbleiterchip 23 kann aus einem oder mehreren eines Transistorchips, eines MOS-Transistorchips, eines vertikalen Transistorchips, eines IGBT-Transistorchips und eines Leistungstransistorchips bestehen. Jedenfalls kann der erste Halbleiterchip 23 ein erstes elektrisches Kontaktelement 23.1 und ein zweites elektrisches Kontaktelement 23.2 umfassen, die beide auf einer unteren Hauptoberfläche des ersten Halbleiterchips 23 angeordnet sind, und ein drittes elektrisches Kontaktelement 23.3, das auf einer oberen Hauptoberfläche des ersten Halbleiterchips 23 angeordnet ist. Das erste elektrische Kontaktelement 23.1 kann ein Source-Kontaktelement sein, das zweite elektrische Kontaktelement 23.2 kann ein Gate-Kontaktelement sein und das dritte elektrische Kontaktelement 23.3 kann ein Drain-Kontaktelement des Transistorchips sein. Das erste elektrische Kontaktelement 23.1 kann an dem ersten Träger 21 angebracht und mit ihm elektrisch verbunden sein und das zweite elektrische Kontaktelement 23.2 kann an dem zweiten Träger 22 angebracht und elektrisch mit ihm verbunden sein.
Das Elektronikmodul 20 von 2 kann weiterhin einen elektrischen Verbinder 26 umfassen, der in ein und derselben Ebene wie der erste und zweite Träger 21 und 22 angeordnet sein kann. Der erste und zweite Träger 21 und 22 und der elektrische Verbinder 26 können von ein und demselben Systemträger (Leadframe) stammen, der zu Beginn der Fabrikationsprozedur zusammenhängend sein kann und der nacheinander in verschiedene elektrische Träger und Verbinder getrennt wird, die elektrisch voneinander isoliert sind. Der elektrische Verbinder 26 kann mit Hilfe eines elektrischen Gliedes 27, das eine starre Form und Gestalt aufweisen kann, mit dem dritten elektrischen Kontaktelement 23.3 verbunden sein.
Der erste Halbleiterchip 23 kann eine Dicke in einem Bereich von 10 mm bis 100 mm, insbesondere von 20 mm bis 50 mm, aufweisen.
Der zweite Halbleiterchip 24 kann aus einem oder mehreren eines Prozessorchips, eines Controllerchips, eines integrierten Schaltungschips und eines integrierten Logikschaltungschips bestehen. Er kann eine Dicke in einem Bereich von 40 mm bis 800 mm aufweisen. Der zweite Halbleiterchip 24 kann elektrische Kontaktelemente 24.1 umfassen, die von der Materialschicht 25 entfernt sein können. Die elektrischen Kontaktelemente 24.1 können jedoch auch in Kontakt mit der Materialschicht 25 oder dieser zugewandt angeordnet sein.
Es versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen, die oben in Verbindung mit dem Elektronikmodul 10 von 1 beschrieben wurden, auch für jede einzelne der jeweiligen Komponenten des Elektronikmoduls 20 von 2 angewendet werden können.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Elektronikmodul 30 von 3 umfasst einen ersten Träger 31 und einen zweiten Träger 37, elektrische Verbinderelemente 36, einen auf dem Träger 31 angeordneten ersten Halbleiterchip 32, einen über dem ersten Halbleiterchip 32 angeordneten zweiten Halbleiterchip 34 und eine Materialschicht 33, die den zweiten Halbleiterchip 34 an den Träger 31 klebt und den ersten Halbleiterchip 32 kapselt.
Der erste Halbleiterchip 32 kann aus einem oder mehreren eines Prozessorchips, eines Controllerchips, eines integrierten Schaltungschips und eines integrierten Logikschaltungschips bestehen. Der erste Halbleiterchip 32 kann weiterhin ein oder mehrere an einer unteren Hauptfläche angeordnete elektrische Kontaktelemente 32.1 umfassen und jedes einzelne der elektrischen Kontaktelemente 32.1 kann mit Hilfe von Lotkugeln 35 mit einem elektrischen Verbinderelement 36 verbunden sein. Jedes einzelne der elektrischen Verbinderelemente 36 und des ersten und zweiten Trägers 31 und 37 können von ein und demselben Systemträger (Leadframe) stammen, der zu Beginn des Fabrikationsprozesses zusammenhängend war und der in den ersten und zweiten Träger 31 und 37 und die elektrischen Verbinderelemente 36 getrennt wurde.
Der zweite Halbleiterchip 34 kann aus einem oder mehreren eines Transistorchips, eines MOS-Transistorchips, eines vertikalen Transistorchips, eines IGBT-Transistorchips und eines Leistungstransistorchips bestehen. Der zweite Halbleiterchip 34 umfasst ein erstes elektrisches Kontaktelement 34.1 auf einer ersten unteren Hauptfläche, ein auf einer zweiten oberen Hauptfläche angeordnetes zweites elektrisches Kontaktelement 34.2 und ein auf der zweiten oberen Hauptfläche des zweiten Halbleiterchips 34 angeordnetes drittes elektrisches Kontaktelement 34.3. Das erste elektrische Kontaktelement 34.1 kann ein Drain-Kontaktelement sein, das zweite elektrische Kontaktelement 34.2 kann ein Source-Kontaktelement sein und das dritte elektrische Kontaktelement 34.3 kann ein Gate-Kontaktelement des Transistorchips sein.
Die Materialschicht 33 kann den ersten Halbleiterchip 32 kapseln, und sie kann gleichzeitig als eine Unterfüllung für die Lotkugeln 35 dienen, die unter dem ersten Halbleiterchip 32 angeordnet sind und die elektrischen Kontaktelemente 32.1 mit dem ersten und zweiten Träger 31 und 37 bzw. den elektrischen Verbinderelementen 36 verbinden.
Es versteht sich hier, dass die verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen, die oben in Verbindung mit dem Elektronikmodul 10 von 1 beschrieben wurden, auch für jede einzelne der jeweiligen Komponenten des Elektronikmoduls 30 von 3 angewendet werden können.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Elektronikmodul 40 von 4 kann einen Träger 41, einen auf dem Träger 41 angeordneten ersten Halbleiterchip 42, einen über dem ersten Halbleiterchip 42 angeordneten zweiten Halbleiterchip 43, einen über dem ersten Halbleiterchip 42 angeordneten dritten Halbleiterchip 44 und eine Materialschicht 45 umfassen, die den zweiten und dritten Halbleiterchip 43 und 44 an den Träger 41 klebt und den ersten Halbleiterchip 42 kapselt.
Der erste Halbleiterchip 42 kann einer oder mehrere eines Transistorchips, eines MOS-Transistorchips, eines vertikalen Transistorchips, eines IGBT-Transistorchips und eines Leistungstransistorchips sein. Der erste Halbleiterchip 42 umfasst ein auf einer unteren Oberfläche des ersten Halbleiterchips 42 angeordnetes und elektrisch mit dem Träger 41 verbundenes erstes elektrisches Kontaktelement 42.1, ein auf einer zweiten oberen Oberfläche des ersten Halbleiterchips 42 angeordnetes zweites elektrisches Kontaktelement 42.2 und ein auf der zweiten oberen Oberfläche des Halbleiterchips 42 angeordnetes drittes elektrisches Kontaktelement 42.3. Das erste elektrische Kontaktelement 42.1 kann aus dem Drain-Kontaktelement bestehen, das zweite elektrische Kontaktelement 42.2 kann aus dem Source-Kontaktelement bestehen und das dritte elektrische Kontaktelement 42.3 kann aus dem Gate-Kontaktelement des ersten Halbleiterchips 42 bestehen.
Der zweite Halbleiterchip 43 kann aus einem oder mehreren eines Transistorchips, eines MOS-Transistorchips, eines vertikalen Transistorchips, eines IGBT-Transistorchips und eines Leistungstransistorchips bestehen. Der zweite Halbleiterchip 43 umfasst ein erstes elektrisches Kontaktelement 43.1 auf einer an einer oberen Oberfläche der Materialschicht 45 angebrachten ersten unteren Oberfläche, ein auf einer zweiten oberen Oberfläche angeordnetes zweites elektrisches Kontaktelement 43.2 und ein auf der zweiten oberen Oberfläche des zweiten Halbleiterchips 43 angeordnetes drittes elektrisches Kontaktelement 4.33. Das erste elektrische Kontaktelement 43.1 kann ein Drain-Kontaktelement sein, das zweite elektrische Kontaktelement 43.2 kann ein Source-Kontaktelement sein und das dritte elektrische Kontaktelement 43.3 kann ein Gate-Kontaktelement des zweiten Halbleiterchips 43 sein. Die Materialschicht 45 kann eine anisotrope Stromleitfähigkeit umfassen, die durch Füllen der Materialschicht 45 mit stromleitenden Partikeln 45.1 auf ungleichförmig verteilte Weise erreicht werden kann. Wie in 4 angegeben, können die stromleitenden Partikel 45.1 derart in die Materialschicht 45 gefüllt werden, dass sie sich in einem Gebiet der Materialschicht 45 zwischen dem zweiten elektrischen Kontaktelement 42.2 des ersten Halbleiterchips 42 und dem ersten elektrischen Kontaktelement 43.1 des zweiten Halbleiterchips 43 ansammeln, so dass eine elektrische Verbindung zwischen diesen elektrischen Kontaktelementen und somit zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterchip 42 und 43 bereitgestellt werden kann. Es wird auch gezeigt, dass die stromleitenden Partikel 45.1 derart in die Materialschicht 45 gefüllt werden können, dass sie sich in einem Gebiet der Materialschicht 45 zwischen dem dritten elektrischen Kontaktelement 42.3 des ersten Halbleiterchips 42 und einer unteren Oberfläche des dritten Halbleiterchips 44 so ansammeln, dass auch eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dritten Halbleiterchip 42 und 44 bereitgestellt werden kann.
Der dritte Halbleiterchip 44 kann aus einem oder mehreren eines Prozessorchips, eines Controllerchips, eines integrierten Schaltungschips und eines integrierten Logikschaltungschips bestehen. Der dritte Halbleiterchip 44 kann Kontaktelemente 44.1 auf einer von der Materialschicht 45 entfernten Oberfläche oder alternativ auf einer Oberfläche bei der Materialschicht 45 umfassen.
Es versteht sich hier, dass die verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen, die oben in Verbindung mit dem Elektronikmodul 10 von 1 beschrieben wurden, auch für jede einzelne der jeweiligen Komponenten des Elektronikmoduls 40 von 4 angewendet werden können.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren 50 umfasst das Anbringen eines ersten Halbleiterchips auf einem ersten Träger (51), das Anbringen einer Materialschicht auf einer Hauptfläche eines zweiten Halbleiterchips (52) und das Anordnen des zweiten Halbleiterchips über dem ersten Halbleiterchip, so dass die Materialschicht an dem ersten Träger angebracht ist und den ersten Halbleiterchip kapselt (53).
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 50 von 5 kann die Materialschicht aus einer Klebefolie bestehen und das Anbringen der Materialschicht auf einer Hauptfläche eines zweiten Halbleiterchips kann das Laminieren der Klebefolie auf die Hauptfläche des zweiten Halbleiterchips umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 50 von 5 kann die Materialschicht aus einer Klebepaste bestehen und das Anbringen der Materialschicht auf einer Hauptfläche eines zweiten Halbleiterchips kann das Aufbringen der Klebepaste auf der Hauptfläche des zweiten Halbleiterchips umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 50 von 5 umfasst das Verfahren 50 weiterhin das elektrische Verbinden des ersten Halbleiterchips mit einem elektrischen Verbinder durch Verwendung eines elektrischen Glieds, bevor der zweite Halbleiterchip auf dem ersten Halbleiterchip aufgebracht wird. Der elektrische Verbinder kann in der gleichen Ebene wie der erste Träger angeordnet sein und kann von ein und demselben Systemträger wie der erste Träger stammen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 50 von 5 kann der erste Halbleiterchip auch auf einem zweiten Träger angebracht werden, der elektrisch von dem ersten Träger isoliert sein kann. Der zweite Träger kann in der gleichen Ebene wie der erste Träger angeordnet sein, und er kann von ein und demselben Systemträger wie der erste Träger stammen. Der erste Halbleiterchip kann auf einer seiner Hauptoberflächen ein erstes elektrisches Kontaktelement und ein zweites elektrisches Kontaktelement umfassen, und das erste elektrische Kontaktelement kann an dem ersten Träger angebracht und mit ihm elektrisch verbunden sein und das zweite elektrische Kontaktelement kann an dem zweiten Träger angebracht und elektrisch mit ihm verbunden sein. Der zweite Halbleiterchip kann derart über dem ersten Halbleiterchip angeordnet sein, dass die Materialschicht auch an dem zweiten Träger angebracht ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 50 von 5 wird ein dritter Halbleiterchip über dem ersten Halbleiterchip und neben dem zweiten Halbleiterchip angeordnet, wobei das Verfahren weiterhin das Kleben des dritten Halbleiterchips an den Träger durch Verwendung der Materialschicht umfassen kann.
Unter Bezugnahme auf die 6A–6D werden schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellungen gezeigt, um ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform darzustellen. 6A zeigt einen ersten Träger 61.1, einen zweiten Träger 61.2, einen dritten Träger 61.3, einen ersten elektrischen Verbinder 61.4 und einen zweiten elektrischen Verbinder 61.5, die alle von ein und demselben Systemträger 61 stammen können und die während des Fabrikationsprozesses voneinander getrennt werden. Ein erster Leistungstransistorchip 62 ist an dem ersten und zweiten Träger 61.1 und 61.2 angebracht, und ein zweiter Leistungstransistorchip 63 ist an dem zweiten und dritten Träger 61.2 und 61.3 angebracht. Der erste Leistungstransistorchip 62 umfasst an einer unteren Hauptoberfläche davon ein Source-Kontaktelement 62.1 und ein Gate-Kontaktelement 62.2, und das Source-Kontaktelement 62.1 ist an dem ersten Träger 61.1 angebracht und elektrisch mit ihm verbunden, und das Gate-Kontaktelement 62.2 ist an dem zweiten Träger 61.2 angebracht und elektrisch mit ihm verbunden. Der Leistungstransistorchip 62 umfasst weiterhin auf einer oberen Hauptoberfläche davon ein Drain-Kontaktelement 62.3. Der zweite Leistungstransistorchip 63 umfasst auf einer unteren Hauptoberfläche davon ein Source-Kontaktelement 63.1 und ein Gate-Kontaktelement 63.2, und das Source-Kontaktelement 63.1 ist an dem dritten Träger 61.3 angebracht und elektrisch mit ihm verbunden, und das Gate-Kontaktelement 63.2 ist an dem zweiten Träger 61.2 angebracht und elektrisch mit ihm verbunden. Der zweite Leistungstransistorchip 63 umfasst weiterhin auf einer oberen Hauptoberfläche davon ein Drain-Kontaktelement 63.3.
In 6B zeigt die Baugruppe nach dem elektrischen Verbinden des ersten und zweiten Leistungstransistorchips 62 und 63 mit dem ersten und zweiten elektrischen Verbinder 61.4 bzw. 61.5. Ein erstes elektrisches Glied 64 wird genutzt, um zwischen dem Drain-Kontaktelement 62.3 und dem ersten elektrischen Verbinder 61.4 eine elektrische Verbindung herzustellen, und ein zweites elektrisches Glied 65 wird genutzt, um zwischen dem Drain-Kontaktelement 63.3 und dem zweiten elektrischen Verbinder 61.5 einen elektrischen Kontakt herzustellen. Das erste und zweite elektrische Glied 64 und 65 können aus Metallclips bestehen.
6C zeigt eine schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellung einer Baugruppe, die einen integrierten Logikschaltungschip 66 mit elektrischen Kontaktelementen 66.1 umfasst. Auf einer Hauptoberfläche des integrierten Logikschaltungschips 66, der von dem elektrischen Kontaktelement 66.1 entfernt ist, ist eine Klebefolie 67 angebracht, die eine Dicke in einem Bereich von 20 mm bis 150 mm aufweisen kann. Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, was bedeutet, dass der Chip 66 prinzipiell eine beliebige Dicke in einem Bereich von 40 mm bis 800 mm aufweisen kann.
Die 6D zeigt wieder die vollständige Baugruppe, bei der der integrierte Logikschaltungschip 66 zusammen mit der Klebefolie 67 an dem ersten Leistungstransistorchip 62 und dem ersten und zweiten Träger 61.1 und 61.2 angebracht ist. Die Abmessungen der Klebefolie 67 können derart sein, dass die Klebefolie 67 den ersten Leistungstransistorchip 62 auf allen Seiten kapselt.
Die 7A–7C zeigen schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellungen, um ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen. 7A zeigt eine Baugruppe, die einen ersten Träger 71.1, einen zweiten Träger 71.2, einen ersten elektrischen Verbinder 71.3, einen zweiten elektrischen Verbinder 71.4 und einen dritten elektrischen Verbinder 71.5 umfasst, die alle von ein und demselben Systemträger 71 stammen können und die während des Fabrikationsprozesses voneinander getrennt werden können. Die Baugruppe kann weiterhin eine integrierte Logikschaltung 72 umfassen, die elektrische Kontaktelemente 72.1 an einer unteren Hauptoberfläche davon umfasst. Jedes einzelne der elektrischen Kontaktelemente 72.1 ist mit Hilfe von Lotkugeln 73 elektrisch mit einem des ersten und zweiten Trägers 71.1 und 71.2 oder einem der elektrischen Verbinder 71.3 bis 71.5 verbunden.
7B zeigt eine Baugruppe, die einen Leistungsstransistorchip 74 und eine Klebefolie 75 umfasst. Der Leistungstransistorchip 74 umfasst auf einer unteren Hauptoberfläche davon ein Drain-Kontaktelement 74.1 und auf einer oberen Hauptoberfläche davon ein Source-Kontaktelement 74.2 und ein Gate-Kontaktelement 74.3. Die Klebefolie 75 ist an der unteren Hauptoberfläche des Leistungstransistorchips 74 angebracht, d.h. an dem Drain-Kontaktelement 74.1. Die Klebefolie kann eine Dicke in einem Bereich von 20 mm bis 150 mm umfassen. Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, was bedeutet, dass der Leistungstransistorchip prinzipiell eine beliebige gewünschte Dicke aufweisen kann.
7C zeigt die Baugruppe nach dem Anbringen des Leistungstransistorchips 74 zusammen mit der Klebefolie 75 an dem integrierten Logikschaltungschip 72, dem ersten und zweiten Träger 71.1 und 71.2 und dem ersten bis dritten elektrischen Verbinder 71.3 bis 71.5. Die Abmessungen der Klebefolie 75 können derart sein, dass die Klebefolie 75 den integrierten Logikschaltungschip 72 vollständig von allen Seiten kapselt.
Die 8A und 8B zeigen schematische Querschnittsseitenansichtsdarstellungen, um ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen. 8A zeigt eine Baugruppe, die aus einem Träger 81, einem ersten Leistungstransistorchip 82 und einer Klebepaste 83 besteht. Der erste Leistungstransistorchip 82 kann ein Drain-Kontaktelement 82.1, ein Source-Kontaktelement 82.2 und ein Gate-Kontaktelement 82.3 umfassen. Der erste Leistungstransistorchip 82 kann derart an dem Träger 81 angebracht sein, dass das Drain-Kontaktelement 82.1 an einer Oberfläche des Trägers 81 angebracht ist und elektrisch mit ihr verbunden ist. Die Klebepaste 83 kann derart an dem ersten Leistungstransistorchip angebracht sein, dass er den ersten Leistungstransistorchip 82 vollständig auf allen Seiten kapselt. Die Klebepaste 83 kann stromleitende Partikel 83.1 umfassen, die innerhalb der Klebepaste 83 so ungleichmäßig verteilt sein können, dass die Klebepaste 83 eine anisotrope Stromleitfähigkeit umfassen kann.
8B zeigt die Baugruppe nach dem Anbringen eines zweiten Leistungstransistorchips 84 und eines integrierten Logikschaltungschips 85 an einer oberen Oberfläche der Klebepaste 83. Der zweite Leistungstransistorchip 84 kann auf einer unteren Hauptoberfläche davon ein Drain-Kontaktelement 84.1 und auf einer oberen Hauptoberfläche davon ein Source-Kontaktelement 84.2 und ein Gate-Kontaktelement 84.3 umfassen. Der zweite Leistungstransistorchip 84 kann derart an der Klebepaste 83 angebracht sein, dass das Drain-Kontaktelement 84.1 an der oberen Oberfläche der Klebepaste 83 angebracht ist und einen elektrischen Kontakt mit einem stromleitenden Gebiet der Klebepaste 83 herstellt. Das stromleitende Gebiet der Klebepaste 83 ist durch eine große Ansammlung von stromleitenden Partikeln 83.1 in einem Gebiet der Klebepaste 83 zwischen dem Source-Kontaktelement 82.2 des ersten Leistungstransistorchips 82 und dem Drain-Kontaktelement 84.1 des zweiten Leistungstransistorchips 84 symbolisiert. Der integrierte Logikschaltungschip 85 kann elektrische Kontaktelemente 85.1 an einer oberen Hauptoberfläche entfernt von der Klebepaste 83 umfassen, und er kann auch elektrische Kontaktelemente an einer unteren Hauptoberfläche davon (nicht gezeigt) umfassen, die mit Hilfe eines stromleitenden Gebiets der Klebepaste 83 elektrisch mit dem Gate-Kontaktelement 82.3 des ersten Leistungstransistorchips 82 verbunden sein können.
Wenngleich die Erfindung bezüglich einer oder mehrerer Implementierungen dargestellt und beschrieben worden ist, können Abänderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Insbesondere bezüglich der verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten und Strukturen durchgeführt werden (Baugruppen, Bauelemente, Schaltungen, Systeme usw.), sollen die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendeten Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein "Mittel"), sofern nicht etwas anderes angegeben ist, einer beliebigen Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (z.B. die funktional äquivalent ist), wenngleich sie strukturell nicht der offenbarten Struktur äquivalent ist, die die gleiche Funktion in den hierin beschriebenen beispielhaften Implementierungen der Erfindung durchführt.

Claims

Elektronikmodul, das Folgendes umfasst: einen Träger; einen auf dem Träger angeordneten ersten Halbleiterchip; einen über dem ersten Halbleiterchip angeordneten zweiten Halbleiterchip; und eine Materialschicht, die den zweiten Halbleiterchip an den Träger klebt und den ersten Halbleiterchip kapselt.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei die Materialschicht ein Polymer umfasst.
Elektronikmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Materialschicht eine Klebefolie umfasst.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Materialschicht eine Klebepaste umfasst.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterchip größer ist als der erste Halbleiterchip.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Halbleiterchip eine Dicke unter 100 µm aufweist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterchip eine Dicke im Bereich von 40 µm bis 800 µm aufweist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der erste Halbleiterchip einen Leistungstransistorchip umfasst, und der zweite Halbleiterchip einen integrierten Schaltungschip umfasst.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der erste Halbleiterchip einen integrierten Schaltungschip umfasst, und der zweite Halbleiterchip einen Leistungstransistorchip umfasst.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Materialschicht stromleitend ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 10, wobei die Materialschicht eine anisotrope Stromleitfähigkeit aufweist.
Elektronikmodul nach Anspruch 10, wobei die Materialschicht eine isotrope Stromleitfähigkeit aufweist.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: der zweite Halbleiterchip ein elektrisches Kontaktelement umfasst, und die Materialschicht das elektrische Kontaktelement des zweiten Halbleiterchips elektrisch mit dem Träger verbindet.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei: der erste und zweite Halbleiterchip jeweils ein elektrisches Kontaktelement umfassen, und die Materialschicht das elektrische Kontaktelement des ersten Halbleiterchips elektrisch mit dem elektrischen Kontaktelement des zweiten Halbleiterchips verbindet.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen über dem ersten Halbleiterchip und neben dem zweiten Halbleiterchip angeordneten dritten Halbleiterchip.
Elektronikmodul nach Anspruch 15, wobei die Materialschicht den dritten Halbleiterchip an den Träger klebt.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der erste Halbleiterchip ein erstes elektrisches Kontaktelement auf einer dem zweiten Halbleiterchip zugewandten ersten Hauptfläche umfasst, wobei das Elektronikmodul weiterhin ein das erste elektrische Kontaktelement mit einem elektrischen Verbinder verbindendes elektrisches Glied umfasst.
Elektronikmodul nach Anspruch 17, wobei der elektrische Verbinder in der gleichen Ebene wie der Träger angeordnet ist.
Elektronikmodul, das Folgendes umfasst: einen ersten Träger; einen auf dem ersten Träger angeordneten ersten Halbleiterchip; eine den ersten Halbleiterchip kapselnde Materialschicht; und einen auf der Materialschicht angeordneten zweiten Halbleiterchip.
Elektronikmodul nach Anspruch 19, weiterhin umfassend: einen zweiten Träger; wobei der erste Halbleiterchip ebenfalls auf dem zweiten Träger angeordnet ist; und wobei die Materialschicht den ersten und zweiten Träger und den ersten Halbleiterchip bedeckt.
Elektronikmodul nach Anspruch 20, wobei der erste Halbleiterchip ein mit dem ersten Träger verbundenes erstes elektrisches Kontaktelement und ein mit dem zweiten Träger verbundenes zweites elektrisches Kontaktelement umfasst.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der erste Halbleiterchip ein elektrisches Kontaktelement auf einer vom ersten Träger entfernten Hauptfläche umfasst.
Elektronikmodul nach Anspruch 22, weiterhin umfassend: einen elektrischen Verbinder, und ein das elektrische Kontaktelement mit dem elektrischen Verbinder verbindendes elektrisches Glied.
Elektronikmodul nach Anspruch 23, wobei der elektrische Verbinder in einer gleichen Ebene wie der erste Träger angeordnet ist.