DE102013108148A1

DE102013108148A1 - Elektrische Vorrichtungspackung mit einem Laminat und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtungspackung mit einem Laminat

Info

Publication number: DE102013108148A1
Application number: DE102013108148.7A
Authority: DE
Inventors: Joachim Mahler; Edward Fuergut; Khalil Hosseini; Georg Meyer-Berg
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-01-30
Also published as: US8692361B2; CN103579154B; US20140027892A1; CN103579154A

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtungspackung offenbart. Eine Ausführungsform weist einen ersten Trägerkontakt, eine erste elektrische Komponente, wobei die erste elektrische Komponente eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche hat, wobei die erste elektrische Komponente einen ersten Komponentenkontakt aufweist, der auf der ersten Deckfläche angeordnet ist, wobei die erste Bodenfläche mit dem Träger verbunden ist, und ein eingebettetes System auf, das eine zweite elektrische Komponente und ein Verbindungselement aufweist, wobei das eingebettete System eine Systemdeckfläche und eine Systembodenfläche hat, wobei die Systembodenfläche einen ersten Systemkontakt und einen zweiten Systemkontakt aufweist und wobei der erste Systemkontakt an den ersten Komponentenkontakt angeschlossen ist und der zweite Systemkontakt an den ersten Trägerkontakt angeschlossen ist. Die gepackte Vorrichtung weist des Weiteren ein Einkapselungsmittel auf, das die erste elektrische Komponente einkapselt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine gepackte (engl. packaged) elektrische Vorrichtung, und insbesondere eine gepackte Leistungshalbleitervorrichtung, die eine laminierte Packung als Verbindungsklemme (oder Verbindungsclip) aufweist.
Der Bedarf an kleineren, dünneren, leichteren, billigeren elektronischen Systemen mit verringertem Stromverbrauch, mannigfaltigerer Funktionalität und erhöhter Zuverlässigkeit hat in allen beteiligten technischen Gebieten eine Flut an technologischen Innovationen ausgelöst. Dies gilt sicher auch für Montage(engl. assembly)- und Verpackungs(engl. packaging)bereiche, die eine Schutzhülle gegen mechanische und thermische äußere Einflüsse, wie auch gegen chemische oder durch Strahlung ausgelöste Angriffe, bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine gepackte Vorrichtung einen Träger auf, der einen ersten Trägerkontakt aufweist, sowie eine erste elektrische Komponente, wobei die erste elektrische Komponente eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche hat, wobei die erste elektrische Komponente einen ersten Komponentenkontakt aufweist, der auf der ersten Deckfläche angeordnet ist, wobei die erste Bodenfläche mit dem Träger verbunden ist, und ein eingebettetes System, das eine zweite elektrische Komponente und ein Verbindungselement aufweist, wobei das eingebettete System eine Systemdeckfläche und eine Systembodenfläche hat, wobei die Systembodenfläche einen ersten Systemkontakt und einen zweiten Systemkontakt aufweist und wobei der erste Systemkontakt an den ersten Komponentenkontakt angeschlossen ist und der zweite Systemkontakt an den ersten Trägerkontakt angeschlossen ist. Die gepackte Vorrichtung weist ferner ein Einkapselungsmittel auf, das die erste elektrische Komponente einkapselt.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine gepackte Halbleitervorrichtung einen Leadframe auf, der einen ersten Lead, einen zweiten Lead, einen dritten Lead und einen vierten Lead aufweist. Die gepackte Halbleitervorrichtung weist ferner eine erste Halbleitervorrichtung auf, die eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche aufweist, wobei die erste Halbleitervorrichtung einen ersten Vorrichtungskontakt und einen zweiten Vorrichtungskontakt auf der ersten Deckfläche und einen dritten Vorrichtungskontakt auf der ersten Bodenfläche aufweist, sowie eine laminierte Packung, die ein Verbindungselement und eine zweite Halbleitervorrichtung aufweist, wobei die laminierte Packung eine Packungsdeckfläche und eine Packungsbodenfläche hat, wobei ein erster Packungskontakt und ein zweiter Packungskontakt auf der Packungsbodenfläche angeordnet sind und wobei ein dritter Packungskontakt und ein vierter Packungskontakt auf der Packungsdeckfläche angeordnet sind, wobei der erste Packungskontakt und der zweite Pakkungskontakt durch das Verbindungselement verbunden sind. Die gepackte Halbleitervorrichtung weist schließlich einen ersten Draht oder eine erste leitende Klemme (oder Clip), einen zweiten Draht oder eine zweite leitende Klemme, einen dritten Draht oder eine dritte leitende Klemme und ein Einkapselungsmaterial auf, das die erste Halbleitervorrichtung einkapselt, wobei der erste Packungskontakt an den ersten Lead angeschlossen ist, wobei der zweite Packungskontakt an den ersten Vorrichtungskontakt angeschlossen ist, wobei der dritte Pakkungskontakt über den ersten Draht oder die erste leitende Klemme an den dritten Lead angeschlossen ist, wobei der vierte Packungskontakt über den zweiten Draht oder die zweite leitende Klemme an den vierten Lead angeschlossen ist und wobei der zweite Vorrichtungskontakt über den dritten Draht oder die dritte leitende Klemme an den zweiten Lead angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine gepackte Halbleitervorrichtung einen Leadframe auf, der einen ersten Lead, einen zweiten Lead und einen dritten Lead aufweist, und eine erste Halbleitervorrichtung, die eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche aufweist, wobei die erste Halbleitervorrichtung des Weiteren einen ersten Vorrichtungskontakt und einen zweiten Vorrichtungskontakt aufweist, die auf der ersten Deckfläche angeordnet sind, und einen dritten Vorrichtungskontakt, der auf der ersten Bodenfläche angeordnet ist. Die gepackte Halbleitervorrichtung weist des Weiteren eine laminierte Packung auf, die ein Verbindungselement und eine zweite Halbleitervorrichtung aufweist, wobei die laminierte Pakkung eine Packungsdeckfläche und eine Packungsbodenfläche hat, wobei ein erster Packungskontakt, ein zweiter Packungskontakt und ein dritter Packungskontakt auf der Packungsbodenfläche angeordnet sind. Die gepackte Halbleitervorrichtung weist schließlich einen ersten Draht oder eine erste leitende Klemme und einen zweiten Draht oder eine zweite leitende Klemme auf, wobei der erste Packungskontakt an den ersten Lead angeschlossen ist, wobei der zweite Packungskontakt an den ersten Vorrichtungskontakt angeschlossen ist, wobei der dritte Packungskontakt über den ersten Draht oder die erste leitende Klemme an den zweiten Lead angeschlossen ist, und wobei der zweite Vorrichtungskontakt über den zweiten Draht oder die zweite leitende Klemme an den dritten Lead angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Herstellungsverfahren für eine gepackte elektrische Komponente das Anordnen einer ersten elektrischen Komponente mit einer ersten Bodenfläche auf einem Träger auf, wobei die erste Bodenfläche einer ersten Deckfläche gegenüberliegt, wobei die erste elektrische Komponente einen ersten Komponentenkontakt auf der ersten Deckfläche hat. Das Verfahren weist des Weiteren das elektrische Anschließen eines ersten Trägerkontakts des Trägers an den ersten Komponentenkontakt der ersten elektrischen Komponente durch einen ersten Packungskontakt und einen zweiten Packungskontakt auf, die an einer Bodenseite einer laminierten Packung angeordnet sind, die eine zweite elektrische Komponente aufweist, und das Einkapseln der ersten elektrischen Komponente.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, von welchen:
1 ein Schema einer Halbbrückenschaltung zeigt;
2 ein herkömmliches System von zwei Leistungshalbleitervorrichtungen zeigt, die zu einer Halbbrückenschaltung verbunden sind;
3a und 3b ein anderes herkömmliches System von zwei Leistungshalbleitervorrichtungen zeigen, die zu einer Halbbrückenschaltung verbunden sind;
4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform zeigt, wie eine gepackte elektrische Vorrichtung, die eine erste Vorrichtung aufweist, an eine laminierte Packungsklemme, in der eine zweite elektrische Vorrichtung eingebettet ist, angeschlossen wird;
5a und 5b eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht einer Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung, die eine erste Vorrichtung aufweist, und einer laminierten Packungsklemme, in der eine zweite elektrische Vorrichtung eingebettet ist, zeigen;
6a und 6b eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung, die eine erste Vorrichtung aufweist, und einer laminierten Packungsklemme, in der eine zweite elektrische Vorrichtung eingebettet ist, zeigen;
7a und 7b eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung, die eine erste Vorrichtung aufweist, und einer laminierten Packungsklemme, in der eine zweite elektrische Vorrichtung eingebettet ist, zeigen;
8a und 8b eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung, die eine erste Vorrichtung aufweist, und einer laminierten Packungsklemme, in der eine zweite elektrische Vorrichtung eingebettet ist, zeigen;
8c eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung, die eine erste Vorrichtung aufweist, und einer laminierten Packungsklemme, in der eine zweite elektrische Vorrichtung eingebettet ist, zeigen, wobei die erste Vorrichtung in einer laminierten Packung eingekapselt ist; und
9 eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens einer gepackten elektrischen Vorrichtung zeigt, welche die laminierte Packungsklemme aufweist.
Die Herstellung und Verwendung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen ist in der Folge ausführlich beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare, erfindungsgemäße Konzepte vorsieht, die in einer Vielzahl spezifischer Kontexte verkörpert sein können. Die besprochenen spezifischen Ausführungsformen sind nur für spezifische Möglichkeiten, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, veranschaulichend und schränken das Konzept der Erfindung nicht ein.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich als eine gepackte Halbbrückenschaltung, die zwei Leistungshalbleitertransistoren aufweist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können jedoch bei anderen Vorrichtungsarten von Schaltungen und Vorrichtungen wie logischen oder Speichervorrichtungen, opto-elektronischen Vorrichtungen, MEMS, Sensoren oder integrierten Schaltungen angewendet werden.
1–3 zeigen herkömmliche Halbbrückenschaltungsanordnungen unter Verwendung von Leistungshalbleitertransistoren. 1 zeigt eine beispielhafte schematische Halbbrückenschaltung, die einen Serienanschluss einer ersten Halbleitervorrichtung 101 mit einem High-Side Leistungsschalter (HSS) 103 und einer zweiten Halbleitervorrichtung 102 mit einem Low-Side Leistungsschalter (LSS) 104 aufweist. Die Halbbrükkenschaltung weist Anschlusskontakte 132, 134, 142, 144, 152, 154 auf, die an Source-, Gate- und Drain-Kontakte der Leistungsschalter 103, 104 angeschlossen sind. Das Umschalten in den Leistungsschaltern 103, 104 wird durch die Spannungen gesteuert, die an Gate-Kontakte 142, 144 angelegt werden.
Für gewöhnlich ist eine Halbbrückenschaltung nicht in einem Substrat integriert, da der entsprechende Fußabdruck (engl. footprint) zu groß wäre. Vielmehr sind die einzelnen Leistungsschalter der Halbbrückenschaltung allein stehende Vorrichtungen, die gemeinsam in eine einzige Packung gepackt sind. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer solchen herkömmlichen Halbbrückenschaltung. Die Halbbrücke 200 weist einen ersten Leistungsschalter 201 auf, der auf einem Leadframe 212 angeordnet ist, an den der Schalter 201 mechanisch und elektrisch angeschlossen ist. Der Leadframe 212 weist Leads 214, 216, 218, 219 auf. Die Halbbrückenschaltung weist des Weiteren einen zweiten Leistungsschalter 202 auf, der auf dem ersten Leistungsschalter 201 angeordnet ist. Eine Verbindungsschicht 240 stellt eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem ersten Leistungsschalter 201 und dem zweiten Leistungsschalter 202 bereit. Der erste Leistungsschalter 201 und der zweite Leistungsschalter 202 sind durch Drähte 282, 284, 286, 288 elektrisch an die Leads 214, 216, 218, 219 angeschlossen.
3a und 3b zeigen eine andere herkömmliche Halbbrükkenschaltung. Die zwei Leistungsschalter 301, 302 sind in Serie geschaltet. Die zwei Schalter 301, 302 sind an die Leads durch eine Kombination aus Drähten und Klemmen angeschlossen. Die Klemmen 382, 392 verbinden die Leistungsvorrichtungen 301, 302 mit Leads 316, 318 und die Drähte 384, 394 verbinden die Leistungsvorrichtungen 301, 302 mit Leads 314, 319. Durch Verwendung der Klemmen 282, 292 anstelle von Drahtbonds wird die Empfindlichkeit des System aufgrund der signifikant größeren Querschnitte der Klemmen im Vergleich zu Drahtbonds verringert.
Ein allgemeines Problem bei den herkömmlichen gepackten elektrischen Vorrichtungen ist die Größe der Packung (engl. package).
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht eine laminierte Pakkung als elektrisches Verbindungselement zwischen einem Komponentenkontakt einer ersten elektrischen Komponente und einem Trägerkontakt eines Trägers vor. Eine zweite Komponente kann in der laminierten Packung eingebettet sein. Ein Pakkungskontakt der laminierten Packung kann über ein Verbindungselement an einen weiteren Trägerkontakt angeschlossen sein. In einer Ausführungsform weist die laminierte Packung ein Prepreg-Material auf. Ein Vorteil von Ausführungsformen der Erfindung sieht eine weitere Verringerung in der Pakkungs- und Fußabdruckgröße vor. Ein weiterer Vorteil ist eine weitere Verringerung in den gesamten elektrischen Pfadlängen von Zwischenverbindungen, da längere Zwischenverbindungen kapazitive Verluste, induktive Verluste, höheren Stromverbrauch und Signallatenzen verursachen können.
4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in einer Stufe, bevor das Verbindungselement (die Packungskomponente 450) an der Vorrichtungskomponente 420 befestigt wird. Es gibt eine erste Option und eine zweite Option zur Befestigung der Packungskomponente 450 an der Vorrichtungskomponente 420. Das zusammengebaute System, die gepackte elektrische Vorrichtung weist die Vorrichtungskomponente 420, die Packungskomponente 450 und ein Einkapselungsmaterial auf, das die Vorrichtungskomponente 420 einkapselt. Ausführungsformen solcher zusammengebauter Systeme werden unter Bezugnahme auf 5–9 besprochen.
Die Vorrichtungskomponente 420 weist einen Träger und eine erste Komponente 430 wie einen Chip (oder Die) auf. Die erste Komponente 430 weist ein Substrat auf. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat wie Silizium oder Germanium, oder ein Verbindungssubstrat wie SiGe, GaAs, InP, GaN oder SiC, oder aber ein anders Material sein. Das Halbleitersubstrat kann ein Einzelkristallsilizium oder ein Silizium-auf-Isolator (SOI) sein. Eine oder mehrere Zwischenverbindungsmetallisierungsschichten können auf dem Substrat angeordnet sein. Eine Passivierungsschicht ist auf der Deckfläche der Zwischenverbindungsmetallisierungsschichten zu elektrischen Isolierungsund strukturierten Komponentenkontakten angeordnet. Die Passivierungsschicht kann zum Beispiel SiN aufweisen. Die erste Komponente 430 weist eine Deckfläche oder erste Hauptfläche 431 und Bodenfläche oder zweite Hauptfläche 432 auf. Die Komponente 430 kann ein System auf einem Chip (SoC) sein.
Der erste Chip 430 kann eine diskrete Vorrichtung wie eine einzelne Halbleitervorrichtung oder eine integrierte Schaltung (IC) aufweisen. Zum Beispiel kann der erste Chip 430 eine Leistungshalbleitervorrichtung wie einen bipolaren Transistor, einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), einen Leistungs-MOSFET, einen Thyristor oder eine Diode aufweisen. Als Alternative kann der erste Chip 430 eine Komponente wie zum Beispiel ein Widerstand, eine Schutzvorrichtung, ein Kondensator, ein Sensor oder ein Detektor sein.
Die erste Komponente 430 hat einen ersten Komponentenkontakt oder eine erste Komponentenkontaktstelle, der bzw. die auf der ersten Hauptfläche 431 angeordnet ist. Die erste Komponente 430 kann des Weiteren einen zweiten Komponentenkontakt oder eine zweite Komponentenkontaktstelle auf der ersten Hauptfläche 431 aufweisen. Die erste Komponente 430 kann schließlich einen dritten Komponentenkontakt oder eine dritte Komponentenkontaktstelle auf der ersten Hauptfläche 431 oder der zweiten Hauptfläche 432 aufweisen. Als Alternative kann die erste Komponente 430 andere Kontaktstellenanordnungen auf ihrer ersten und zweiten Hauptfläche 431, 432 haben.
In einer Ausführungsform ist der Träger 410 ein Leadframe. Der Leadframe 410 kann Leadframekontaktstellen oder Leads 414 und 416 und eine Chip-Befestigungsregion 412 aufweisen. Die Leadframekontaktstellen 414, 416 sind so gestaltet, dass sie elektrisch an die Komponentenkontaktstellen angeschlossen sind, und die Chip-Befestigungsregion 412 ist so gestaltet, dass sie die erste Komponente 430 aufnimmt. Der Leadframe 410 kann ein leitendes Material wie ein Metall aufweisen. Zum Beispiel kann der Leadframe 410 Kupfer und/oder Nickel aufweisen.
In anderen Ausführungsformen ist der Träger 410 ein Substrat oder eine gedruckte Leiterplatte (PCB). Der Träger 410 kann Trägerkontaktstellen 414, 416 und eine Komponentenanordnungsfläche 412 aufweisen.
Die erste Komponente 430 ist am Träger 410 an der Komponentenanordnungsfläche 412 befestigt. Zum Beispiel ist die zweite Hauptfläche 432 der ersten Komponente 430 an der Deckfläche des Trägers 410 befestigt. Die erste Komponente 430 ist mit einer Chip-Befestigungsverbindung 425 befestigt. Zum Beispiel ist die zweite Hauptfläche 432 an die Deckfläche des Trägers 410 unter Verwendung eines eutektischen Bondings oder eines Epoxy-Bondings gebondet. Als Alternative ist die zweite Hauptfläche 432 an die Deckfläche des Trägers 410 unter Verwendung eines Klebebandes, einer Lötmittelpaste oder eines Lötmittels gebondet oder geklebt. Abhängig von der spezifischen Gestaltung kann die Chip-Befestigungsverbindung 425 eine elektrische Verbindung oder eine isolierende Barriere sein.
Der Kontakt (die Kontaktstelle) oder die Kontakte (Kontaktstellen) auf der ersten Hauptfläche 431 der ersten Komponente 430 sind an eine Trägerkontaktstelle oder Trägerkontaktstellen 414, 416 durch Verwendung der Packungskomponente (oder Komponentenpackung) (des eingebetteten Systems) 450 angeschlossen.
Die Packungskomponente 450 weist eine Packungsdeckfläche oder eine erste Packungshauptfläche 451 und eine Packungsbodenfläche oder eine zweite Packungshauptfläche 452 auf. Die Pakkungskomponente 450 kann einer gewünschten Gestaltung entsprechend an der Vorrichtungskomponente 420 mit der ersten Hauptfläche 451 oder der zweiten Hauptfläche 452 befestigt sein.
In einer Ausführungsform weist die Packungskomponente 450 ein Laminat 470 als Einkapselungsmaterial auf. Das Laminat 470 kann abwechselnde Schichten aus leitenden und nicht leitenden (isolierenden) Materialien aufweisen. Das isolierende Material kann Prepreg aufweisen, das ein poröser Glasfaserfilm ist. Das Prepreg kann mit Bisphenol-A Harz und Härtungskomponenten imprägniert sein. Die leitenden Materialien können Metalle oder Metalllegierungen aufweisen. Zum Beispiel können die leitenden Materialien Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) sein.
Das Laminat 470 weist mehrere Materialschichten auf. Zum Beispiel ist ein Laminat, das leitende (leitenden Pfad und Spuren enthaltend) und nicht leitende Schichten aufweist, jenes, das Polymermaterial(ien), verstärkt mit Glas- oder Kohlenstofffasern, und manchmal zusätzlich mit anorganischen Partikeln wie SiO₂, Al₂O₃ oder ähnlichen Materialien, aufweist. Jede Schicht weist eine Dicke von etwa 10 µm (Mikrometer) bis etwa 1000 µm (Mikrometer) auf. Als Alternative kann die Pakkungskomponente 450 andere Einkapselungsmaterialien aufweisen.
Die Packungskomponente 450 kann eine zweite Komponente 455 aufweisen, die zum Beispiel ein Chip (oder Die) ist. Die zweite Komponente 455 weist ein Substrat auf. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat wie Silizium oder Germanium oder ein Verbindungssubstrat wie SiGe, GaAs, InP oder GaN, SiC, oder aber ein anders Material sein. Das Halbleitersubstrat kann ein Einkristall-Silizium oder ein Silizium-auf Isolator (SOI) sein. Es können eine oder mehrere Zwischenverbindungsmetallisierungsschichten auf dem Substrat angeordnet sein. Eine Passivierungsschicht ist auf der Deckfläche der Metallisierungsschichten angeordnet, die Komponentenkontakte oder Komponentenkontaktstellen definieren. Die Passivierungsschicht kann zum Beispiel SiN aufweisen. Die zweite Komponente 455 weist eine zweite Deckfläche 456 und eine zweite Bodenfläche 457 auf. Die zweite Komponente 455 kann ein System auf einem Chip (SoC) sein.
Der zweite Chip 455 kann eine separate Vorrichtung wie eine einzelne Halbleitervorrichtung oder eine integrierte Schaltung (IC) aufweisen. Zum Beispiel kann der zweite Chip 455 eine Leistungshalbleitervorrichtung wie einen Bipolartransistor, einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), einen Leistungs-MOSFET, einen Thyristor oder eine Diode aufweisen. Als Alternative kann der zweite Chip 455 eine Komponente wie zum Beispiel ein Widerstand, eine Schutzvorrichtung, ein Kondensator, ein Sensor oder ein Detektor sein.
Die zweite Komponente 455 hat einen ersten Komponentenkontakt oder eine erste Komponentenkontaktstelle, der bzw. die auf der zweiten Deckfläche 456 angeordnet ist. Die zweite Komponente 455 kann des Weiteren einen zweiten Komponentenkontakt oder eine zweite Komponentenkontaktstelle auf der zweiten Deckfläche 456 aufweisen. Die zweite Komponente 455 kann schließlich einen dritten Komponentenkontakt oder eine dritte Komponentenkontaktstelle auf der zweiten Deckfläche 456 oder der zweiten Bodenfläche 457 aufweisen. Als Alternative kann die erste Komponente 430 andere Kontaktstellenanordnungen auf ihrer zweiten Deck- und Bodenfläche 456, 457 aufweisen.
Die Packungskomponente 450 kann ein Verbindungselement 462 aufweisen. Das Verbindungselement kann eine leitende Zwischenverbindung, eine leitende Bahn, eine leitende Umverteilungsschicht oder ein zweiter Träger sein. Die Packungskomponente 450 kann zweite Packungskomponentenkontakte 464, 466, 468 aufweisen, die an die Komponentenkontakte der zweiten Komponente 455 angeschlossen sind.
In einer Ausführungsform ist das Verbindungselement 462 ein Leadframe. Der Leadframe 462 kann Leadframekontaktstellen oder Leads und eine Komponentenbefestigungsregion 463 aufweisen. Der Leadframe 462 kann ein leitendes Material wie ein Metall aufweisen. Zum Beispiel kann der Leadframe 462 Kupfer und/oder Nickel aufweisen.
Die zweite Komponente 455 ist am zweiten Leadframe 462 an der Chip-Befestigungsfläche 463 befestigt. Zum Beispiel ist die zweite Bodenfläche 457 der zweiten Komponente 455 an der Deckfläche des Leadframe 462 befestigt. Die zweite Komponente 455 ist mit einer Chip-Befestigungsverbindung befestigt. Zum Beispiel ist die zweite Hauptfläche 457 an die Deckfläche des Leadframe 462 unter Verwendung eines eutektischen Bondings oder eines Epoxy-Bondings gebondet. Als Alternative ist die zweite Hauptfläche 457 gebondet, geklebt, durch Diffusionslöten gelötet oder durch eine Nanopaste mit der Deckfläche des Leadframe 462 unter Verwendung eines Klebebandes, einer Lötmittelpaste oder eines Lötmittels verbunden. Abhängig von der spezifischen Gestaltung der Komponentenbefestigungsverbindung kann sie eine elektrische Verbindung oder eine isolierende Barriere sein.
In einer Ausführungsform ist die zweite Komponente 455 ein Leistungshalbleiterschalter oder ein Transistor mit einem Source-Kontakt und einem Gate-Kontakt an der zweiten Deckfläche 456 und dem Drain-Kontakt an der zweiten Bodenfläche 457. Der Gate-Kontakt des Leistungshalbleiterschalters ist an den Packungskomponentenkontakt 466 über eine Bahn im Laminat 470 angeschlossen, der Source-Kontakt des Leistungshalbleiterschalters ist an den Packungskomponentenkontakt 464 über eine Bahn im Laminat 470 angeschlossen und der Drain-Kontakt des Leistungshalbleiterschalters ist an den Packungskomponentenkontakt 468 über den Leadframe 462 und eine Durchgangslochverbindung durch das Laminat 470 angeschlossen.
Wie in 4 durch Pfeile dargestellt, kann die Packungskomponente 450 an der Vorrichtung 420 mit der oberen oder ersten Packungshauptfläche 451 oder mit der unteren oder zweiten Packungshauptfläche 452 befestigt sein. In einer Ausführungsform kann die Packungskomponente zwei Komponentenkontakte der Vorrichtungskomponente 420 an zwei Trägerkontakte 416, 414 des Trägers 410 anschließen.
5a und 5b zeigen eine Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung 500. Die gepackte elektrische Vorrichtung kann eine Halbbrückenschaltung sein. Die gepackte elektrische Vorrichtung weist eine erste Komponente wie einen Leistungstransistor-Chip 530 und ein eingebettetes System 550 auf, das eine zweite Komponente wie einen zweiten Leistungstransistor-Chip 555 aufweist. Die erste Komponente 530 ist mechanisch und elektrisch durch das eingebettete System 550 an einen Trägerkontakt 516 angeschlossen.
5a und 5b zeigen eine Ausführungsform einer elektrischen Packungskomponente 500 (z.B. einer Halbbrückenschaltung). Die erste Komponente 530 der elektrischen Packungskomponente weist einen ersten Kontakt 532 wie einen Source-Kontakt und einen zweiten Kontakt 539 wie einen Gate-Kontakt auf der oberen oder ersten Hauptfläche 531 und einen dritten Komponentenkontakt 536 wie den Drain-Kontakt auf der unteren oder zweiten Hauptfläche 533 auf. Der dritte Komponentenkontakt (z.B. Drain-Kontakt) 536 ist mechanisch und elektrisch an eine Chip-Befestigungsregion 512 des Trägers 510 wie einen metallischen Leadframe über eine rückseitige Metallisierungs-(BSM)Schicht 525 angeschlossen. Die BSM-Schicht 525 kann Barriereschichten wie Cr-, Ti- oder Ta-Schichten, welche die erste Komponente 530 vor einer unerwünschten Metallatomdiffusion in die Komponente schützen, und eine Schicht (oder einen Stapel von Schichten) aus Metallen, wie Au-, Ag- oder Cu-Schichten, aufweisen, die einen hohen Diffusionskoeffizienten in den metallischen Leadframe 510 haben kann. Der zweite Kontakt 539 ist an den Trägerkontakt 519 (z.B. Lead) durch einen Draht oder eine leitende Klemme (z.B. metallische Klemme) 584 angeschlossen. In einem besonderen Beispiel ist der zweite Kontakt 539 an den Lead 519 durch einen Draht 584 angeschlossen. Der Draht 584 kann an den zweiten Kontakt 539 und den Lead 519 über einen Kugel-Bonding-Prozess, einen Keil-Bonding-Prozess, einen Streifen-Bonding-Prozess, einen Band-Bonding-Prozess oder eine Kombination davon angeschlossen sein.
Der erste Komponentenkontakt 532 der Komponente 530 ist durch das Verbindungselement 550 (eingebettete System) an den Trägerkontakt 516 angeschlossen. Das Verbindungselement 550 weist eine zweite Komponente 555 wie einen zweiten Leistungstransistor-Chip, ein Verbindungselement 562 wie eine leitende Zwischenverbindung, leitende Bahn, Umverteilungsschicht oder einen Leadframe, und ein Einkapselungsmaterial (z.B. Laminat) auf. Die zweite Komponente weist einen ersten Kontakt 561 wie den Drain-Kontakt und einen zweiten Kontakt 563 wie den Gate-Kontakt auf der zweiten Deckfläche 556 der zweiten Komponente 555 und einen dritten Kontakt 565 wie den Source-Kontakt auf der zweiten Bodenfläche 557 der zweiten Komponente 555 auf. Das Verbindungselement 562 des eingebetteten Systems 550 stellt eine mehrfache Funktionalität bereit.
Das Verbindungselement 562 ist elektrisch an den ersten Komponentenkontakt 532 (z.B. Source-Kontakt) der ersten Komponente 530 und den dritten Kontakt 565 (z.B. Source-Kontakt) der zweiten Komponente 555 angeschlossen. Ferner stellt das Verbindungselement 562 eine leitende Verbindung zwischen den Komponentenkontakten 532, 565 und dem Trägerkontakt (z.B. Lead) 516 bereit (dient als eine interne oder eingebettete Klemme). Schließlich errichtet das Verbindungselement 562 gemeinsam mit dem Durchgangsloch 568 einen leitenden Pfad zum Packungskontakt 569, der sich auf der Packungsdeckfläche oder Packungshauptfläche 551 des eingebetteten Systems 550 befindet, wodurch eine Zwischenverbindungsroute zu externen Schaltungen bereitgestellt wird.
Der erste Komponentenkontakt 561 der zweiten Komponente 555 ist elektrisch durch den Packungskomponentenkontakt 564 an den Trägerkontakt (z.B. Lead) 514 angeschlossen und der zweite Komponentenkontakt 563 der zweiten Komponente 555 ist elektrisch durch den Packungskomponentenkontakt 566 an den Trägerkontakt (z.B. Lead) 518 angeschlossen. Der erste und zweite Komponentenkontakt 561, 563 sind durch Verbindungselemente (z.B. Drähte oder leitende Klemmen) 592, 594 an Trägerkontakte 514, 518 angeschlossen. In einem Beispiel können die Drähte 592, 594 zwischen den Kontakten 561, 563 und den Leads 514, 518 unter Verwendung eines Kugel-Bonding-Prozesses, eines Keil-Bonding-Prozesses, eines Streifen-Bonding-Prozesses, eines Band-Bonding-Prozesses oder einer Kombination davon oder zum Beispiel eine leitende Klemme angeschlossen sein. In einem besonderen Beispiel weist das Verbindungselement 594 einen Draht auf und das Verbindungselement 592 weist eine Klemme auf.
Die elektrische Packungskomponente 500 kann des Weiteren ein Einkapselungsmittel (nicht dargestellt) aufweisen. Das Einkapselungsmittel kapselt die erste Komponente 530 mit einem Einkapselungsmaterial ein. Das Einkapselungsmittel kann des Weiteren das Verbindungselement 550 (eingebettete System), die Verbindungselemente 584, 592, 594 und den Träger 510 einkapseln (oder teilweise einkapseln).
Das Einkapselungsmaterial des Einkapselungsmittels kann eine Vergussmasse oder ein Laminat sein. In einer Ausführungsform kann das Einkapselungsmaterial ein anderes Material als das Einkapselungsmaterial des eingebetteten Systems 550 sein. Zum Beispiel kann das Einkapselungsmaterial des eingebetteten Systems 570 ein Laminat sein und die Einkapselung des Einkapselungsmittels kann eine Vergussmasse sein.
Das Einkapselungsmaterial des Einkapselungsmittels kann wärmehärtende Materialien wie eine Epoxy-, Polyurethan- oder Polyacrylatverbindung aufweisen. Als Alternative kann das Einkapselungsmaterial thermoplastische Materialien wie Polysulfone, Polyphenylensulfide oder Polyetherimide aufweisen. In einem Beispiel kann die Einkapselung 210 ein Polyimid wie ein Si-modifiziertes Polyimid aufweisen.
Da die elektrische Packungskomponente 500 modulare Eigenschaften bereitstellen kann, sind mehrere erweitere Gestaltungen möglich. Zum Beispiel kann eine dritte Komponente auf der elektrischen Packungskomponente 500 durch Befestigung der dritten Komponente an einer flachen Region des Verbindungselements 592 angeordnet werden. In einem anderen Beispiel kann eine Wärmesenke auf der Deckfläche der eingebetteten Packung 550 angeordnet werden, was ein effektives und verbessertes Wärmemanagement verspricht.
6a und 6b zeigen eine weitere Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung 600 (z.B. einer Halbbrükkenschaltung). Die gepackte elektrische Vorrichtung 600 weist eine erste Komponente (z.B. einen Leistungstransistor-Chip) 630 und ein Verbindungselement 650 (eingebettetes System) auf, das eine zweite Komponente (z.B. Leistungstransistor-Chip) 655 enthält. Die Elemente von 6a und 6b sind dieselben oder gleichen wie die Elemente von 5a und 5b, mit Ausnahme der ersten Stelle in der Zahl. Auch hier sind der erste Komponentenkontakt 632, wie der Source-Kontakt der ersten Komponente 630, und der dritte Kontakt 665, wie der Source-Kontakt der zweiten Komponente (z.B. Leistungstransistor-Chip) 655, in elektrischem Kontakt mit dem Verbindungselement 662 des Verbindungselements 650.
Ferner stellt das Verbindungselement 662 eine elektrische Verbindung zwischen den Komponentenkontakten 632/665 und dem Trägerkontakt 616 bereit. In dieser Ausführungsform ist die Größe des eingebetteten Systems (der laminierten Packung) 650 vergleichsweise kleiner als das eingebettete System 550 in der Ausführungsform von 5a/5b. Dies ermöglicht die Anordnung eines zweiten Komponentenkontakts wie eines Gate-Kontakts 639 neben einer kurzen Seite des eingebetteten Systems 650, während der entsprechende zweite Kontakt 539 der Ausführungsform in 5b hinter oder neben einer langen Seite des eingebetteten Systems 550 positioniert ist. Infolgedessen sind Verbindungselemente 684, 692 im Vergleich zu den Verbindungselementen 584, 592 anders angeordnet. Insbesondere schließt das Verbindungselement 692 den Komponentenkontakt, wie den Drain-Kontakt der zweiten Komponente 655, an den Trägerkontakt 619 an, während das Verbindungselement 684 den zweiten Komponentenkontakt 639, wie den Gate-Kontakt, an den Trägerkontakt 614 anschließt. Daher stellen die eingebetteten Systeme 550, 650 flexible Lösungen hinsichtlich des Designs der Architektur der integrierten Systeme 500, 600 bereit. Zum Beispiel können die Systeme 500, 600 optimiert werden, um die kapazitiven und/oder induktiven Verluste zu minimieren. Ferner sind die Systeme 500, 600 nicht auf Halbbrükkenschaltungen begrenzt und können für verschiedene Anwendungen gestaltet werden.
7a und 7b zeigen eine Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung 700. Die gepackte elektrische Vorrichtung kann eine Halbbrückenschaltung sein. Die gepackte elektrische Vorrichtung weist eine erste Komponente wie einen Leistungstransistor-Chip 730 und ein Verbindungselement (eingebettetes System) 750 auf, das eine zweite Komponente wie einen zweiten Leistungstransistor-Chip 755 aufweist. Die erste Komponente 730 ist mechanisch und elektrisch durch das Verbindungselement 750 an einen Trägerkontakt 716 angeschlossen.
7a und 7b zeigen des Weiteren, dass die erste Komponente 730 einen ersten Komponentenkontakt 732 wie einen Drain-Kontakt und einen zweiten Komponentenkontakt 739 wie einen Gate-Kontakt auf der Deckfläche 731 des Chips 730 und einen dritten Komponentenkontakt 736 wie den Source-Kontakt auf der Bodenfläche 733 des Chips 730 aufweist, während die zweite Komponente 755 einen ersten Komponentenkontakt 761 wie den Source-Kontakt und einen zweiten Komponentenkontakt 763 wie den Gate-Kontakt auf der zweiten Bodenfläche 756 und einen dritten Komponentenkontakt 765 wie den Drain-Kontakt auf der zweiten Deckfläche 757 aufweist.
Der dritte Komponentenkontakt (z.B. Source-Kontakt) 736 der ersten Komponente 730 ist mechanisch und elektrisch an die Deckfläche des Trägers 710 angeschlossen. Der zweite Komponentenkontakt 739 ist durch ein Verbindungselement 784 an den Trägerkontakt 719 angeschlossen, wobei das Verbindungselement 784 einen Draht oder eine leitende Klemme aufweist. In einem besonderen Beispiel ist der zweite Komponentenkontakt 739 durch einen Draht 784 an den Trägerkontakt 719 angeschlossen. Der Draht 784 kann an den zweiten Komponentenkontakt 739 und den Trägerkontakt 719 durch einen Kugel-Bonding-Prozess, einen Keil-Bonding-Prozess oder eine Kombination davon angeschlossen werden.
Das Verbindungselement 762 des eingebetteten Systems 750 ist elektrisch an den ersten Komponentenkontakt 732 (z.B. Drain-Kontakt) der ersten Komponente 730 und den dritten Komponentenkontakt 765 (z.B. Drain-Kontakt) der zweiten Komponente 755 angeschlossen. Ferner stellt das Verbindungselement 762 eine leitende Verbindung (dient als interne oder eingebettete Klemme) zwischen dem ersten Komponentenkontakt 732 (z.B. Drain-Kontakt) der ersten Komponente 730 und dem Trägerkontakt 716 bereit. Schließlich ist das Verbindungselement 762 über das Durchgangsloch 768 an den ersten Komponentenkontakt (z.B. Drain-Kontakt) 732 der ersten Komponente 730 angeschlossen. Das Verbindungselement 762 ist auf einer Deckfläche 701 des eingebetteten Systems 750 angeordnet.
Der erste Komponentenkontakt (z.B. Source-Kontakt) 761 der zweiten Komponente 755 ist elektrisch an den Trägerkontakt 716 angeschlossen und der zweite Komponentenkontakt 763 (z.B. Gate-Kontakt) ist elektrisch über das Verbindungselement 794 an den Trägerkontakt 718 angeschlossen. Der zweite Komponentenkontakt (z.B. Gate-Kontakt) 763 wird über die Zwischenverbindung 766 aus dem eingebetteten System 750 geleitet. Die Zwischenverbindung 766 kann auf der ersten Komponente 730 angeordnet sein. Das Verbindungselement 794 weist einen Draht oder eine leitende Klemme auf. In einem besonderen Beispiel wird der zweite Komponentenkontakt (z.B. Gate-Kontakt) 763 über eine Zwischenverbindung 766 der ersten Komponente 730 und durch den Draht 794 zum Lead 718 geleitet. Der Draht 794 kann an den zweiten Komponentenkontakt 739 und den Lead 789 über einen Kugel Bonding-Prozess, einen Keil-Bonding-Prozess oder eine Kombination davon angeschlossen werden. In dieser Ausführungsform sind nur drei Trägerkontakte 716, 718 und 719 elektrisch angeschlossen. Ferner stellt die gepackte elektrische Vorrichtung 700 eine relativ große zugängliche Deckfläche 701 bereit, die für den Aufbau von zusätzlichen Vorrichtungen und/oder die Befestigung einer Wärmesenke verwendet werden kann.
Die elektrische Packungskomponente 700 kann des Weiteren ein Einkapselungsmittel (nicht dargestellt) aufweisen. Das Einkapselungsmittel kapselt die erste Komponente 730 mit einem Einkapselungsmaterial ein. Das Einkapselungsmittel kann des Weiteren das eingebettete System 750, die Verbindungselemente 784, 794 und den Träger 710 einkapseln (oder teilweise einkapseln).
8a und 8b zeigen eine Ausführungsform einer gepackten elektrischen Vorrichtung 800. Die gepackte elektrische Vorrichtung kann eine Halbbrückenschaltung sein. Die gepackte elektrische Vorrichtung weist eine erste Komponente wie einen Leistungstransistor-Chip 830 und ein Verbindungselement (eingebettetes System) 850 auf, das eine zweite Komponente wie einen zweiten Leistungstransistor-Chip 855 aufweist. Die erste Komponente 830 ist mechanisch und elektrisch durch das Verbindungselement 850 an einen Trägerkontakt 816 angeschlossen.
8a und 8b zeigen des Weiteren, dass die Komponente 830 einen ersten Komponentenkontakt 832 wie einen Source-Kontakt und einen zweiten Komponentenkontakt 839 wie einen Gate-Kontakt auf der Deckfläche 831 der ersten Komponente 830 und einen dritten Komponentenkontakt 836 wie den Drain-Kontakt auf der Bodenfläche 833 der ersten Komponente 830 aufweist, während die zweite Komponente 855 einen ersten Komponentenkontakt 861 wie den Source-Kontakt und einen zweiten Komponentenkontakt 863 wie den Gate-Kontakt auf der Bodenfläche 856 der zweiten Komponente 855 und einen dritten Komponentenkontakt 865 wie den Drain-Kontakt auf der Deckfläche 857 der zweiten Komponente 855 aufweist.
Der dritte Komponentenkontakt (z.B. Drain-Kontakt) 836 des ersten Chips 830 ist mechanisch und elektrisch an den Träger 810 angeschlossen. Der zweite Komponentenkontakt 839 ist durch ein Verbindungselement 884 an den Trägerkontakt 819 angeschlossen, wobei das Verbindungselement 884 einen Draht oder eine leitende Klemme aufweist. In einem besonderen Beispiel ist der zweite Komponentenkontakt 839 durch einen Draht 884 an den Trägerkontakt 819 angeschlossen. Der Draht 884 kann den zweiten Komponentenkontakt 839 und den Trägerkontakt 819 durch einen Kugel-Bonding-Prozess, eine Keil-Bonding-Prozess oder eine Kombination davon verbinden.
Das Verbindungselement 862 des Verbindungselements (eingebetteten Systems) 850 schließt den dritten Komponentenkontakt 865 (z.B. Drain-Kontakt) der zweiten Komponente 855 elektrisch über eine Durchgangsloch 868 an den Trägerkontakt 816 an.
Der erste Komponentenkontakt (z.B. Source-Kontakt) 861 der zweiten Komponente 855 ist über die Zwischenverbindung 866 elektrisch an den ersten Kontakt (z.B. Source-Kontakt) 832 der ersten Komponente 830 angeschlossen. Der zweite Komponentenkontakt 863 (z.B. Gate-Kontakt) der zweiten Komponente 855 ist elektrisch über die Zwischenverbindung 864 und das Verbindungselement 894 an den Trägerkontakt 814 angeschlossen. Das Verbindungselement 894 kann einen Draht oder eine leitende Klemme aufweisen. In einem Beispiel wird der zweite Komponentenkontakt (z.B. Gate-Kontakt) 863 über die Zwischenverbindung 864 der ersten Komponente 830 und den Draht 894 zum Trägerkontakt 814 geleitet. Der Draht 894 kann an den zweiten Komponentenkontakt 863 und den Trägerkontakt 814 durch einen Kugel-Bonding-Prozess, eine Keil-Bonding-Prozess oder eine Kombination davon angeschlossen werden. In dieser Ausführungsform sind nur drei Trägerkontakte 814, 816 und 819 elektrisch angeschlossen. Ferner stellt die Ausführungsform der gepackten elektrischen Vorrichtung 800 eine relativ große zugängliche Deckfläche 801 bereit, die für den Aufbau zusätzlicher Vorrichtungen und/oder für die Befestigung einer Wärmesenke verwendet werden kann.
Die elektrische Packungskomponente 800 weist des Weiteren ein Einkapselungsmittel auf. In der Ausführungsform von 8c ist das Einkapselungsmittel 802 ein Laminat. Das Laminat 802 und Laminat 870 können dieselben oder unterschiedlich sein. Als Alternative ist das Einkapselungsmaterial 802 eine Vergussmasse.
8c zeigt eine spezifische Ausführungsform zum Einkapseln der elektrischen Komponente von 8. Die elektrische Komponente kann jedoch anders einkapselt werden. Zum Beispiel kann das Einkapselungsmaterial 802 das Verbindungselement 862 bedecken.
8c kann ein Beispiel bereitstellen, wie die Ausführungsformen von 5–7 einkapselt sind.
Für die verschiedenen Ausführungsformen der gepackten elektrischen Vorrichtungen, die in 5–8 dargestellt sind, kann die mechanische Verbindung das Bonden von Metall an Metallflächen beinhalten. Es gibt mehrere Verfahren zum Verbinden metallischer Grenzflächen. In einer Ausführungsform wird ein leitender Klebstoff aufgetragen. Der leitende Klebstoff kann Thermokunststoffe oder wärmehärtende Harze (z.B. Epoxy-Harzverbindungen, Polyimide, modifizierte Silikone) aufweisen, die ein großes Volumen (bis zu 80%) hoch leitender Flocken aus Ag, Ag-plattiertem Cu, Ni oder Au enthalten. Die Länge der leitenden Flocken kann einige zehn µm (Mikrometer) sein. Leitende Klebstoffe können siebgedruckt, schablonengedruckt, als Punkte gesetzt oder auf der zu verbindenden Grenzfläche verteilt werden. Nach dem Auftragen des leitenden Klebstoffs werden die Schichten für einige wenige Minuten bei Temperaturen im Bereich von 100°C bis 250°C gehärtet.
In einer anderen Ausführungsform werden Nanopastenprodukte verwendet. Nanopastenprodukte weisen metallische Druckfarben mit Ag- oder Au-Partikeln auf, die einige zehn nm groß sind. Nanopasten können auf ein Substrat mit einem Tintenstrahldrucker aufgetragen werden. Die Bindungsbildung zwischen den Kontaktgrenzflächen erfolgt durch Sintern der Nanopasten (zum Beispiel bei 220°C–250°C, unter einem Druck von 1–5 MPa, über 1–2 min).
In einer weiteren Ausführungsform werden Löttechniken angewendet. Lötmaterialien wie Pb/Sn und Au/Sn können verwendet werden. Löttechniken können Diffusionslöten, auch bekannt als Solid-Liquid Inter-Diffusion Bonding enthalten. Beim Diffusionsbonden wird eine metallische Dünnfilmzwischenschicht verwendet, die bei niederen Temperaturen schmilzt und rasch mit den Metallen höher schmelzender Grenzflächenschichten zur Bildung einer oder mehrerer intermetallischer Phasen reagiert. Diese intermetallischen Verbindungen (IMCs) haben unterschiedlich höhere Schmelzpunkte als die ursprünglich nieder schmelzende Grenzfläche. Somit wird die Verbindung nicht wieder geschmolzen, wenn sie nicht auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, bei der eine der intermetallischen Phasen schmilzt. AuSn, AgSn, CuSn und AgIn werden häufig für das Diffusionslöten verwendet. Weichlöten und Hartlöten können bei Temperaturen von 300–400°C oder bei Temperaturen unter 350°C ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen sind niedrigere Bearbeitungstemperaturen wünschenswert, um die Integrität der Laminatarchitektur besser garantieren zu können. Die Bildung von Lötverbindungen bei einer Temperatur unter 250°C wird durch Anwenden eines Batch-Lötens/Härtens unter Druck in einem Ofen möglich.
In einer Ausführungsform kann ein Reaktives Nanotechnologie (RNT)-Bonding zur Verbindung von zwei metallischen Grenzflächen mit oder ohne Lötmaterial angewendet werden. RNT-Bonding beruht auf dem Vorhandensein von 1–30 nm dicken reaktionsfähigen Doppelschichten im Nanomaßstab aus abwechselnden Elementen wie Ni/Al, Al/Ti oder Ti/a-Si. Ein selbst voran schreitender exothermer Vermischungsprozess zwischen den verschiedenen Metallen im Nanostapel kann am Umfang der reaktionsfähigen Schicht durch einen lokalen Wärmeimpuls, einen Laserimpuls oder einen elektrischen Impuls gezündet werden. Die in der exothermen Reaktion freigesetzte Wärme löst Inter-Diffusionsprozesse zwischen den zu verbindenden metallischen Flächen aus. Bei Anwenden eines Bonding-Drucks von einigen MPa kann ein Bonding von Kontaktflächen innerhalb von Millisekunden eintreten. Die Wärme, die durch die selbst voran schreitende Reaktion erzeugt wird, bleibt nahe der Kontaktgrenzfläche lokalisiert und dringt nicht zu sehr in das Volumen der zu verbindenden metallischen Gegenflächen ein.
In einer Ausführungsform kann die Nanovelcro-Technologie zum Binden metallischer Grenzflächen ohne Anwendung eines Lötmittels verwendet werden. Bei dieser Bonding-Technik werden Dünnschichten, die leitende Kohlenstoffnanoröhrchen aufweisen, bei den zu verbindenden Kontaktgrenzflächen angewendet. Die zwei Kontaktschichten werden unter Druck verstrickt und bilden elektrische und mechanische Kontakte ohne Anwendung eines Lötmittels.
9 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer gepackten elektrischen Vorrichtung 900. In einem ersten Schritt 902 wird eine Komponente auf einem Träger angebracht. Die Komponente kann ein Halbleiter-Chip sein. Zum Beispiel kann der Halbleiter-Chip eine Leistungshalbleitervorrichtung wie ein Bipolartransistor, ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), ein Leistungs-MOSFET, eine Thyristor oder eine Diode sein. Als Alternative kann die Komponente zum Beispiel ein Widerstand, eine Schutzvorrichtung, ein Kondensator, ein Sensor oder eine Detektor sein. Der Träger kann ein Leadframe, ein Substrat oder eine gedruckte Leiterplatte sein. Zum Beispiel kann der Leadframe Kupfer und/oder Nickel aufweisen.
Die Komponente kann elektrisch unter Verwendung eines Lötmittels, einer Lötpaste eines leitenden Harzes oder eines leitenden Bandes an den Träger gebondet werden. Als Alternative wird die Komponente an den Träger durch isolierendes Bonding gebondet. Das isolierende Bonding kann ein Epoxy- oder Harz-Bonding oder ein Klebstoffband aufweisen. Die Komponentenbefestigungsverbindung kann eine isolierende Barriere sein.
In Schritt 904 wird ein Verbindungselement (ein eingebettetes System oder eine laminierte Packung) auf der Komponente angeordnet, wodurch ein erster Komponentenkontakt auf einer Deckfläche der Komponente mit einem ersten Trägerkontakt verbunden wird. Das Verbindungselement kann eine weitere Komponente wie einen Halbleiter-Chip aufweisen. Zum Beispiel kann der Halbleiter-Chip eine Leistungshalbleitervorrichtung wie ein Bipolartransistor, ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), ein Leistungs-MOSFET, ein Thyristor oder eine Diode sein. Als Alternative kann die Komponente zum Beispiel ein Widerstand, eine Schutzvorrichtung, ein Kondensator, ein Sensor oder ein Detektor sein. Die Komponente kann in die laminierte Packung eingebettet sein.
Das Verbindungselement kann mehrere Kontakte aufweisen. Das Verbindungselement kann Zwischenverbindungen, leitende Bahnen und Durchgangslöcher zur Verbindung des ersten Komponentenkontakts mit dem ersten Trägerkontakt und der weiteren Komponente, die in der laminierten Packung eingebettet ist, aufweisen. Der erste Komponentenkontakt und der erste Trägerkontakt können unter Verwendung eines Lötmittels, einer Lötmittelpaste, eines leitenden Harzes oder eines leitenden Bandes elektrisch an die laminierte Packung gebondet werden.
In einer Ausführungsform kann das Verbindungselement (eingebettete System oder laminierte Packung) einen ersten Komponentenkontakt an einen ersten Trägerkontakt und einen zweiten Trägerkontakt anschließen. Ferner kann das Verbindungselement einen ersten Komponentenkontakt an einen ersten Trägerkontakt und einen zweiten Komponentenkontakt an einen zweiten Trägerkontakt anschließen.
In Schritt 906 wird ein zweiter Komponentenkontakt und/oder ein optionaler dritter Komponentenkontakt an einen zweiten Trägerkontakt und/oder einen optionalen dritten Trägerkontakt unter Verwendung von Verbindungselementen angeschlossen. Das Verbindungselement kann einen Draht oder eine metallische Klemme aufweisen. In einem besonderen Beispiel sind der zweite Komponentenkontakt und/oder der dritte Komponentenkontakt an ihre entsprechenden Trägerkontakte durch einen Draht oder Drähte angeschlossen. Die Drähte werden unter Verwendung eines Kugel-Bonding-Prozesses, eines Keil-Bonding-Prozesses, eines Streifen-Bonding-Prozesses, eines Band-Bonding-Prozesses oder einer Kombination davon gebondet.
Im letzten Schritt 908 wird die Komponente versiegelt oder mit einem Einkapselungsmaterial einkapselt. Das Einkapselungsmaterial kann eine Vergussmasse, ein Laminat oder ein Gehäuse umfassen. Das Einkapselungsmaterial kann den Träger teilweise einkapseln und die Komponente vollständig einkapseln. Das Einkapselungsmaterial kann die Verbindungselemente vollständig oder teilweise einkapseln. Ferner kann das Einkapselungsmaterial das Verbindungselement (eingebettete System oder laminierte Packung) vollständig oder teilweise einkapseln. Zum Beispiel wird eine Bodenhauptfläche des Verbindungselements mit dem Einkapselungsmaterial einkapselt, während eine Deckhauptfläche nicht einkapselt wird. In einer Ausführungsform sind das Einkapselungsmaterial und das Laminatmaterial des Verbindungselements verschieden. Als Alternative sind das Einkapselungsmaterial und das Laminatmaterial des Verbindungselements dasselbe.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben wurden, sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und Abänderungen hierin vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Konzept der Erfindung abzuweichen, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
Ferner soll das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Substanzzusammensetzung, der Mittel, Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung dargelegt sind, beschränkt sein. Wie für einen Fachmann aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung hervorgeht, können Prozesse, Maschinen, Herstellung, Substanzzusammensetzung, Mittel, Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später entwickelt werden, die im Wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen oder im Wesentlichen dasselbe Ergebnis wie die entsprechenden hierin beschriebenen Ausführungsformen liefern, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Daher sollen die beiliegenden Ansprüche diese Prozesse, Maschinen, Herstellung, Substanzzusammensetzung, Mittel, Verfahren oder Schritte in ihrem Konzept enthalten.

Claims

Gepackte Vorrichtung, umfassend: einen Träger, der einen ersten Trägerkontakt umfasst; eine erste elektrische Komponente, wobei die erste elektrische Komponente eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche umfasst, wobei die erste elektrische Komponente einen ersten Komponentenkontakt, der auf der ersten Deckfläche angeordnet ist, umfasst, wobei die erste Bodenfläche mit dem Träger verbunden ist; ein eingebettetes System, das eine zweite elektrische Komponente und ein Verbindungselement umfasst, wobei das eingebettete System eine Systemdeckfläche und eine Systembodenfläche umfasst, wobei die Systembodenfläche einen ersten Systemkontakt und einen zweiten Systemkontakt umfasst, und wobei der erste Systemkontakt an den ersten Komponentenkontakt angeschlossen ist und der zweite Systemkontakt an den ersten Trägerkontakt angeschlossen ist; und ein Einkapselungsmittel, das die erste elektrische Komponente einkapselt.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: den Träger umfassend einen zweiten Trägerkontakt; die erste elektrische Komponente umfassend einen zweiten Komponentenkontakt auf der ersten Deckfläche; und ein erstes Verbindungselement, das den zweiten Komponentenkontakt mit dem zweiten Trägerkontakt verbindet.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend den Träger, der eine Komponentenbefestigungsregion und die erste elektrische Komponente umfassend einen dritten Komponentenkontakt auf der ersten Bodenfläche umfasst, wobei der dritte Komponentenkontakt elektrisch an die Komponentenbefestigungsregion des Trägers angeschlossen ist.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste elektrische Komponente ein erster Transistor ist, wobei der erste Komponentenkontakt ein erster Source-Kontakt des ersten Transistors ist, wobei der zweite Komponentenkontakt ein erster Gate-Kontakt des ersten Transistors ist und wobei der dritte Komponentenkontakt ein erster Drain-Kontakt des ersten Transistors ist.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite elektrische Komponente ein zweiter Transistor ist, wobei der zweite Transistor eine zweite Deckfläche und eine zweite Bodenfläche umfasst, wobei ein zweiter Source-Kontakt auf der zweiten Bodenfläche angeordnet ist und wobei ein zweiter Drain-Kontakt und ein zweiter Gate-Kontakt auf der zweiten Deckfläche angeordnet ist.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Source-Kontakt und der zweite Source-Kontakt elektrisch verbunden sind.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend: den Träger umfassend einen dritten Trägerkontakt und einen vierten Trägerkontakt; ein zweites Verbindungselement; und ein drittes Verbindungselement, wobei das zweite Verbindungselement den zweiten Gate-Kontakt an den dritten Trägerkontakt anschließt und wobei das dritte Verbindungselement den zweiten Drain-Kontakt an den vierten Trägerkontakt anschließt.
Gepackte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die erste elektrische Komponente ein erster Transistor ist, wobei der erste Komponentenkontakt ein erster Drain-Kontakt des ersten Transistors ist, wobei der zweite Komponentenkontakt ein erster Gate-Kontakt des ersten Transistors ist und wobei der dritte Komponentenkontakt ein erster Source-Kontakt des ersten Transistors ist.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite elektrische Komponente ein zweiter Transistor ist, wobei der zweite Transistor eine zweite Deckfläche und eine zweite Bodenfläche umfasst, wobei ein zweiter Source-Kontakt und ein zweiter Gate-Kontakt auf der zweiten Bodenfläche angeordnet sind und wobei ein zweiter Drain-Kontakt auf der zweiten Deckfläche angeordnet ist.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Drain-Kontakt und der zweite Drain-Kontakt elektrisch verbunden sind.
Gepackte Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend den Träger umfassend einen dritten Trägerkontakt und ferner umfassend ein zweites Verbindungselement, wobei das zweite Verbindungselement den zweiten Gate-Kontakt an den dritten Trägerkontakt anschließt.
Gepackte Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das eingebettete System eine zweite Komponente umfasst, die in ein Laminatmaterial eingebettet ist.
Gepackte Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger ferner einen zweiten Trägerkontakt umfasst, wobei die erste elektrische Komponente einen zweiten Komponentenkontakt auf der ersten Deckfläche umfasst, wobei das eingebettete System einen zweiten Systemkontakt auf der Systembodenfläche aufweist und wobei der zweite Systemkontakt elektrisch an den zweiten Komponentenkontakt angeschlossen ist und der zweite Systemkontakt elektrisch an den zweiten Trägerkontakt angeschlossen ist.
Gepackte Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Leadframe, der einen ersten Lead, einen zweiten Lead, einen dritten Lead und einen vierten Lead umfasst; eine erste Halbleitervorrichtung, die eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche umfasst, wobei die erste Halbleitervorrichtung einen ersten Vorrichtungskontakt und einen zweiten Vorrichtungskontakt, die auf der ersten Deckfläche angeordnet sind, und einen dritten Vorrichtungskontakt, der auf der ersten Bodenfläche angeordnet ist, umfasst; eine laminierte Packung, die ein Verbindungselement und eine zweite Halbleitervorrichtung umfasst, wobei die laminierte Packung eine Packungsdeckfläche und eine Packungsbodenfläche hat, wobei ein erster Packungskontakt und ein zweiter Packungskontakt auf der Packungsbodenfläche angeordnet sind und wobei ein dritter Packungskontakt und ein vierter Packungskontakt auf der Packungsdeckfläche angeordnet sind, wobei der erste Packungskontakt und der zweite Packungskontakt durch das Verbindungselement verbunden sind; einen ersten Draht oder eine erste leitende Klemme; einen zweiten Draht oder eine zweite leitende Klemme; einen dritten Draht oder eine dritte leitende Klemme; und ein Einkapselungsmaterial, das die erste Halbleitervorrichtung einkapselt, wobei der erste Packungskontakt an den ersten Lead angeschlossen ist, wobei der zweite Packungskontakt an den ersten Vorrichtungskontakt angeschlossen ist, wobei der dritte Pakkungskontakt über den ersten Draht oder die erste leitende Klemme an den dritten Lead angeschlossen ist, wobei der vierte Packungskontakt über den zweiten Draht oder die zweite leitende Klemme an den vierten Lead angeschlossen ist, und wobei der zweite Vorrichtungskontakt über den dritten Draht oder die dritte leitende Klemme an den zweiten Lead angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste Vorrichtungskontakt ein erster Source-Kontakt ist, wobei der zweite Vorrichtungskontakt ein erster Gate-Kontakt ist, wobei der dritte Vorrichtungskontakt ein Drain-Kontakt ist, wobei die zweite Halbleitervorrichtung einen zweiten Source-Kontakt, einen zweiten Gate-Kontakt und einen zweiten Drain-Kontakt umfasst, wobei der zweite Source-Kontakt an den ersten Pakkungskontakt und den zweiten Packungskontakt angeschlossen ist, wobei der zweite Gate-Kontakt an den dritten Packungskontakt angeschlossen ist und wobei der zweite Drain-Kontakt an den vierten Packungskontakt angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung Leistungstransistoren sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Einkapselungsmaterial und die laminierte Packung ein Prepreg-Material umfassen.
Gepackte Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Leadframe, der einen ersten Lead, einen zweiten Lead und einen dritten Lead umfasst; eine erste Halbleitervorrichtung, die eine erste Deckfläche und eine erste Bodenfläche umfasst, wobei die erste Halbleitervorrichtung ferner einen ersten Vorrichtungskontakt und einen zweiten Vorrichtungskontakt umfasst, die auf der ersten Deckfläche angeordnet sind, und einen dritten Vorrichtungskontakt, der auf der ersten Bodenfläche angeordnet ist; eine laminierte Packung, die ein Verbindungselement und eine zweite Halbleitervorrichtung umfasst, wobei die laminierte Packung eine Packungsdeckfläche und eine Packungsbodenfläche hat, wobei ein erster Packungskontakt, ein zweiter Packungskontakt und ein dritter Packungskontakt auf der Pakkungsbodenfläche angeordnet sind; einen ersten Draht oder eine erste leitende Klemme; und einen zweiten Draht oder eine zweite leitende Klemme, wobei der erste Packungskontakt an den ersten Lead angeschlossen ist, wobei der zweite Packungskontakt an den ersten Vorrichtungskontakt angeschlossen ist, wobei der dritte Pakkungskontakt über den ersten Draht oder die erste leitende Klemme an den zweiten Lead angeschlossen ist, und wobei der zweite Vorrichtungskontakt über den zweiten Draht oder die zweite leitende Klemme an den dritten Lead angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste Vorrichtungskontakt ein erster Drain-Kontakt ist, wobei der zweite Vorrichtungskontakt ein erster Gate-Kontakt ist, wobei der dritte Vorrichtungskontakt ein Source-Kontakt ist, wobei die zweite Halbleitervorrichtung einen zweiten Source-Kontakt, einen zweiten Gate-Kontakt und einen zweiten Drain-Kontakt umfasst, wobei der zweite Source-Kontakt an den ersten Pakkungskontakt angeschlossen ist, wobei der zweite Drain-Kontakt an den zweiten Packungskontakt angeschlossen ist und wobei der zweite Gate-Kontakt an den dritten Packungskontakt angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste Vorrichtungskontakt ein erster Source-Kontakt ist, wobei der zweite Vorrichtungskontakt ein erster Gate-Kontakt ist, wobei der dritte Vorrichtungskontakt ein Drain-Kontakt ist, wobei die zweite Halbleitervorrichtung einen zweiten Source-Kontakt, einen zweiten Gate-Kontakt und einen zweiten Drain-Kontakt aufweist, wobei der zweite Drain-Kontakt an den ersten Pakkungskontakt angeschlossen ist, wobei der zweite Source-Kontakt an den zweiten Packungskontakt angeschlossen ist und wobei der zweite Gate-Kontakt an den dritten Packungskontakt angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung Leistungstransistoren sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, ferner umfassend ein Einkapselungsmaterial, wobei das Einkapselungsmaterial und die laminierte Packung ein Prepreg-Material umfassen.
Verfahren zum Herstellen einer gepackten Komponente, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer ersten elektrischen Komponente mit einer ersten Bodenfläche auf einem Träger, wobei die erste Bodenfläche einer ersten Deckfläche gegenüberliegt, wobei die erste elektrische Komponente einen ersten Komponentenkontakt auf der ersten Deckfläche umfasst; elektrisches Verbinden eines ersten Trägerkontakts des Trägers mit dem ersten Komponentenkontakt der ersten elektrischen Komponente durch einen ersten Packungskontakt und einen zweiten Packungskontakt, die an einer Bodenseite einer laminierten Packung angeordnet sind, die eine zweite elektrische Komponente umfasst; und Einkapseln der ersten elektrischen Komponente.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend das elektrische Verbinden eines zweiten Komponentenkontakts, der auf der ersten Deckfläche der ersten elektrischen Komponente angeordnet ist, mit einem zweiten Trägerkontakt durch einen ersten Draht oder eine erste leitende Klemme.
Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend das elektrische Verbinden eines dritten Packungskontakts, der auf einer Deckseite der laminierten Packung angeordnet ist, mit einem dritten Trägerkontakt des Trägers durch einen zweiten Draht oder eine zweite leitende Klemme.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend das elektrische Verbinden eines vierten Packungskontakts, der auf der Deckseite der laminierten Packung angeordnet ist, mit einem vierten Trägerkontakt des Trägers durch einen dritten Draht oder eine dritte leitende Klemme.