DE102013113186A1

DE102013113186A1 - Halbleiterpackages, Systeme und Verfahren für deren Ausbildung

Info

Publication number: DE102013113186A1
Application number: DE102013113186.7A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner; Volker Strutz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: CN103855102B; US8860153B2; US20140151697A1; CN103855102A; DE102013113186B4

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterpackage eine Stromschiene mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, einer ersten Nut und einer zweiten Nut und einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt. Entlang einer Stromflussrichtung ist die erste Nut zwischen der ersten Kontaktfläche und dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt angeordnet und die zweite Nut ist zwischen dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt und der zweiten Kontaktfläche angeordnet. Die Dicke der Stromschiene an der ersten Nut ist kleiner als die Dicke der Stromschiene an der ersten Kontaktfläche.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf Halbleiterpackages, Systeme und Verfahren für deren Ausbildung.
HINTERGRUND
Sensoren werden für eine Vielfalt von Anwendungen verwendet, wie z.B. Wärmesensoren, Stromsensoren, Magnetfeldsensoren, Strahlungssensoren, Lichtsensoren usw. Viele von diesen Typen von Sensoren werden innerhalb eines Halbleiterchips hergestellt. Die Empfindlichkeit des Sensors kann vom Abstand zwischen der physikalischen Quelle und dem Sensor innerhalb des Halbleiterchips abhängen. Stromsensoren können beispielsweise für einen Überstromschutz oder zum Überwachen eines Stroms, der durch einen Leiter fließt, verwendet werden. Für solche Anwendungen werden Hall-Sensoren oder ähnliche Sensoren umfangreich verwendet. Hall-Sensoren erfassen das Magnetfeld des Stroms und liefern eine Spannung (Hall-Spannung), die zur Intensität des Stroms proportional ist. Wenn das Magnetfeld mit zunehmendem Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Leiter, der den Strom führt, abnimmt, muss der Hall-Sensor nahe an den Leiter gebracht werden, um die Empfindlichkeit gegen das Magnetfeld zu verbessern. Für einen Wärmesensor muss ebenso der Abstand der Wärmequelle zum Sensor minimiert werden, um die Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit des Sensors zu erhöhen. Solche Konstruktionen können jedoch das Package für Herstellungsdefekte anfällig machen. Das gemessene Magnetfeld kann sich beispielsweise aufgrund von kleinen Änderungen der Ausrichtung des Chips relativ zur Stromschiene ändern. Ferner bezieht sich eine andere Herausforderung auf die Produktzuverlässigkeit aufgrund der großen Ströme, die durch die Stromschiene fließen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterpackage eine Stromschiene mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, einer ersten Nut und einer zweiten Nut und einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt. Entlang einer Stromflussrichtung ist die erste Nut zwischen der ersten Kontaktfläche und dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt angeordnet und ist die zweite Nut zwischen dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt und der zweiten Kontaktfläche angeordnet. Die Dicke der Stromschiene an der ersten Nut ist kleiner als die Dicke der Stromschiene an der ersten Kontaktfläche.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterpackage eine Stromschiene mit Kontaktstellenbereichen und einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt. Ein Halbleiterchip ist über der Stromschiene angeordnet. Der Halbleiterchip umfasst einen Magnetfeldsensor, der nahe der Stromschiene liegt. Ein Packagekörper sichert die Stromschiene und den Halbleiterchip. Abschnitte einer hinteren Oberfläche der Stromschiene sind an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt. Eine Lötschutzschicht bedeckt Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein System eine Leiterplatte mit Lötkontaktstellen und ein Halbleiterpackage, welches mit der Leiterplatte durch die Lötkontaktstellen gekoppelt ist. Das Halbleiterpackage umfasst eine Stromschiene mit Kontaktstellenbereichen und einen über der Stromschiene angeordneten Halbleiterchip. Der Halbleiterchip umfasst einen Magnetfeldsensor nahe der Stromschiene. Ein Packagekörper befestigt die Stromschiene und den Halbleiterchip. Abschnitte einer hinteren Oberfläche der Stromschiene sind an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers, die der Leiterplatte zugewandt ist, freigelegt. Eine Lötschutzschicht bedeckt Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene. Die Lötkontaktstellen der Leiterplatte sind unter den Kontaktstellenbereichen angeordnet und damit gekoppelt.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterpackage das Ätzen eines Magnetfeld-Erzeugungsabschnitts in ein Leadframesubstrat und das Ätzen von mehreren Nuten in das Leadframesubstrat. Die mehreren Nuten liegen nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt. Die mehreren Nuten weisen eine zweite Dicke auf, die geringer ist als eine erste Dicke des Leadframesubstrats. In einer Draufsicht ist der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt zwischen einer ersten Nut der mehreren Nuten und einer zweiten Nut der mehreren Nuten angeordnet. Ein Halbleiterchip ist über dem Leadframesubstrat befestigt. Der Halbleiterchip liegt nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt.
Gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterpackage das Vorsehen eines Leadframesubstrats mit einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt und das Befestigen eines Halbleiterchips über dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt. Der Halbleiterchip umfasst einen Magnetfeldsensor, der nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt angeordnet ist. Ein Packagekörper, der das Leadframesubstrat und den Halbleiterchip sichert, wird ausgebildet. Abschnitte einer hinteren Oberfläche des Leadframesubstrats werden an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt. Eine Lötschutzschicht wird unter Teilen der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche des Leadframesubstrats ausgebildet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung Bezug genommen, in der:
1, die 1A–1F umfasst, eine Ausführungsform des Halbleiterpackage darstellt, die eine Nut darstellt, die innerhalb einer Stromschiene ausgebildet ist, wobei 1A eine Draufsicht ist, 1B und 1C Querschnittsansichten sind, 1D eine Projektionsansicht einer Stromschiene ist, 1E eine Draufsicht der Stromschiene ist, und 1F eine Querschnittsansicht der Stromschiene ist;
2, die 2A–2D umfasst, Probleme bei herkömmlichen Stromschienen darstellt, wie durch die Erfinder identifiziert, wobei 2A eine Querschnittsansicht einer ersten Stromschienenkonstruktion darstellt und 2B eine Draufsicht der ersten Stromschienenkonstruktion darstellt, wobei 2C eine Projektionsansicht von oben und 2D eine Projektion von unten einer anderen herkömmlichen Stromschiene ist;
3 eine Querschnittsansicht einer Stromschiene eines Halbleiterpackage mit mehreren Nuten gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
4 eine Projektionsansicht der Stromschiene eines Halbleiterpackage mit einer anderen Konstruktion gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5, die 5A–5C umfasst, ein Halbleiterpackage mit einer Lötschutzschicht gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei 5A eine Draufsicht darstellt, 5B eine Querschnittsansicht darstellt und 5C eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht der Stromschiene darstellt;
6, die 6A und 6B umfasst, Querschnittsansichten des Halbleiterpackage, welches über einer gedruckten Leiterplatte montiert ist, gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt, wobei 6A ein Halbleiterpackage mit mehreren Nuten oder Kanälen darstellt, während 6B ein Halbleiterpackage mit einer Lötschutzschicht darstellt;
7, die 7A–7C umfasst, eine Draufsicht einer Stromschiene mit Nuten gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
8, die 8A–8C umfasst, eine Draufsicht einer Stromschiene mit einer Lötschutzschicht gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
9, die 9A–9C umfasst, ein Halbleiterpackage während verschiedener Herstellungsstufen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
10, die 10A und 10B umfasst, eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Stromschiene ohne Verengung darstellt, wobei 10A eine Draufsicht darstellt, während 10B eine Querschnittsansicht darstellt;
11, die 11A und 11B umfasst, eine alternative Ausführungsform der Stromschiene mit linearen Nuten darstellt, wobei 11A eine Querschnittsansicht darstellt und 11B eine Draufsicht darstellt; und
12, die 12A und 12B umfasst, eine Stromschiene mit einer halb geätzten Verengung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei 12A eine Querschnittsansicht darstellt, während 12B eine Draufsicht darstellt.
Entsprechende Ziffern und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, wenn nicht anders angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsformen deutlich darzustellen, und sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen werden nachstehend im Einzelnen erörtert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in einer breiten Vielfalt von spezifischen Zusammenhängen verkörpert sein können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen erläutern lediglich spezifische Weisen zur Herstellung und Verwendung der Erfindung und begrenzen den Schutzbereich der Erfindung nicht.
Eine Strukturausführungsform eines Halbleiterpackage mit einer Stromschiene wird unter Verwendung von 1 beschrieben. Alternative Strukturausführungsformen des Halbleiterpackage mit der Stromschiene werden unter Verwendung von 5 beschrieben. Alternative Strukturausführungsformen der Stromschiene werden unter Verwendung von 3, 4, 7 und 8 beschrieben. Ausführungsformen eines Halbleiterpackage, welches über einer Leiterplatte montiert ist, werden unter Verwendung von 6 beschrieben.
1, die 1A–1F umfasst, stellt eine Ausführungsform des Halbleiterpackage dar, die eine Nut darstellt, die innerhalb einer Stromschiene ausgebildet ist. 1A ist eine Draufsicht, 1B und 1C sind Querschnittsansichten, 1D ist eine Projektionsansicht einer Stromschiene, 1E ist eine Draufsicht der Stromschiene und 1F ist eine Querschnittsansicht der Stromschiene.
Mit Bezug auf 1A ist ein Sensorchip 50 innerhalb eines Packagekörpers 80 angeordnet. Der Sensorchip 50 ist über einer Stromschiene 10 montiert. Der Sensorchip 50 kann dazu ausgelegt sein, einen Strom zu messen, der durch die Stromschiene 10 fließt. Der Sensorchip 50 umfasst einen Magnetfeldsensor 52 (z.B. 1B) und wahlweise eine Auswertungseinheit.
Der Packagekörper 80 kann eine Vergussverbindung, ein Einkapselungsmaterial, das nicht unter Verwendung einer Vergussverbindung ausgebildet ist, ein Dichtungsmittel, das nicht unter Verwendung einer Formverbindung ausgebildet ist, oder andere Materialien sein. Ferner ist der Packagekörper 80 in verschiedenen Ausführungsformen optional und wird für Erläuterungszwecke verwendet. Der Packagekörper 80 bedeckt die freigelegten Oberflächen des Sensorchips 50, so dass der Sensorchip 50 in einer Ausführungsform von der Umgebung hermetisch abgedichtet ist.
Der Sensorchip 50 kann mit mehreren Zuleitungen 40 durch Verbindungen 60 gekoppelt sein, wie in 1A und 1B dargestellt.
Eine Isolationsstruktur 30 trennt physikalisch und isoliert elektrisch den Sensorchip 50 von der Stromschiene 10 (1B und 1C). Die Isolationsstruktur 30 verhindert, dass die großen Ströme, die durch die Stromschiene 10 fließen, in den Sensorchip 50 eintreten. Folglich erfasst der Sensorchip 50 den Fluss des Stroms innerhalb der Stromschiene 10 aufgrund eines elektromagnetischen Effekts. Der Sensorchip 50 kann in einigen Ausführungsformen an der Isolationsstruktur 30 angeordnet sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Isolationsstruktur 30 einen Behälter. Der Sensorchip 50 kann an der Isolationsstruktur 30 unter Verwendung einer Chipadhäsionsschicht 55 (1B) befestigt sein.
Die Isolationsstruktur 30 überlappt den Sensorchip 50 entlang seines ganzen Umfangs, um einen genügend langen Kriechabstand zwischen der Stromschiene 10 und dem Sensorchip 50 für den Zweck der Spannungsisolation zu garantieren. Die Stromschiene 10 kann in einer oder mehreren Ausführungsformen ein Teil eines Leadframe und einer Chipinsel sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stromschiene 10 an der Isolationsstruktur 30 unter Verwendung eines Lötelements, eines adhäsiven Stoffs, einer Schraube befestigt sein, kann an der Stelle eingerastet sein oder unter Verwendung von anderen Verfahren befestigt sein. Die Stromschiene 10 kann in einer Ausführungsform an der Isolationsstruktur 30 unter Verwendung einer adhäsiven Folie 45 befestigt sein.
Wie in 1C und 1D dargestellt, kann die Stromschiene 10 eine erste Kontaktstelle 10A, eine zweite Kontaktstelle 10B und eine Verengung 160 umfassen, die ein Magnetfeld-Erzeugungsbereich ist. Die Verengung 160 ist zwischen der ersten Kontaktstelle 10A und der zweiten Kontaktstelle 10B angeordnet und liegt innerhalb des elektrischen Pfades zwischen der ersten Kontaktstelle 10A und der zweiten Kontaktstelle 10B. Der Sensorchip 50 ist dazu ausgelegt, die Menge an Strom, der durch die Stromschiene 10 fließt, durch Messen des Magnetfeldes, das durch den fließenden Strom an der Verengung 160 erzeugt wird, zu messen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Stromschiene 10 eine flache Stromschiene, so dass die Dicke entlang einer z-Richtung (z.B. in 1D) kleiner ist als die seitliche Abmessung. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Sensorchip 50 seitliche Abmessungen (x, y) und eine Dickenabmessung (z) aufweisen, so dass die Stromschiene 10, nachdem sie am Sensorchip 50 (über Isolation oder direkt) befestigt ist, eine Dicke in einer Richtung, die zur Dickenrichtung des Halbleiterchips 50 parallel ist, aufweisen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Felderzeugungsteil nahe der Verengung 160 und folglich nahe mindestens einem Magnetfeld-Sensorelement 52 liegen.
Die Verengung 160 ist in verschiedenen Ausführungsformen zwischen einer ersten Kerbe 170 und einer zweiten Kerbe 180 ausgebildet. Die Stromschiene 10 kann in alternativen Ausführungsformen andere Formen aufweisen. Die Dicke der Verengung 160 entlang der vertikalen Richtung (z-Achse in 1D) ist etwa dieselbe wie jene der Stromschiene 10. Die Querschnittsfläche für den Fluss des Stroms ist jedoch aufgrund der Anwesenheit der ersten und der zweiten Kerbe 170 und 180 drastisch verringert. In alternativen Ausführungsformen kann die Dicke der Verengung 160 entlang der vertikalen Richtung (z-Achse in 1D) niedriger sein als die Dicke des Rests der Stromschiene 10.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Querschnittsfläche für den Fluss des Stroms an der Verengung 160 mindestens 1/10 der Querschnittsfläche für den Fluss des Stroms an der ersten Kontaktstelle 10A. Die erhöhte Stromzusammendrängung erzeugt ein stärkeres Magnetfeld, das am Sensorchip 50 erfasst wird.
Mit Bezug auf 1D umfasst die Stromschiene 10 ferner eine erste Nut 140 und eine zweite Nut 150. Die erste Nut 140 ist entgegengesetzt zur zweiten Nut 150 angeordnet, wobei die Verengung 160 zwischen ihnen angeordnet ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die seitliche Position der ersten und der zweiten Nut 140 und 150 derart, dass sie zwischen der Kontaktfläche (z.B. einer ersten Kontaktstelle 10A, die sich an einer Lötverbindung zwischen der Stromschiene 10 und dem externen Leiter wie z.B. der Leiterbahn auf einer gedruckten Leiterplatte befindet) und dem Felderzeugungsabschnitt der Stromschiene 10 (z.B. der Verengung 160) liegt. Folglich ist in einer Draufsicht auch mindestens ein Magnetfeldsensor zwischen der ersten und der zweiten Nut 140 und 150 angeordnet. In einer Querschnittsansicht kann der Ort der ersten und der zweiten Nut 140 und 150 im Wesentlichen an derselben z-Koordinate wie die Grenzfläche zwischen dem Lötmittel 90 und der ersten Kontaktstelle 10A oder der zweiten Kontaktstelle 10B in 1D liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste Nut 140 und die zweite Nut 150 so ausgelegt, dass sie den Fluss von Lötmaterial von der ersten Kontaktstelle 10A oder der zweiten Kontaktstelle 10B verhindern. Die erste Nut 140 kann beispielsweise verhindern, dass Lötmaterial zur zweiten Kontaktstelle 10B fließt und diese erreicht (Kurzschluss) oder eine Schicht über der Verengung 160 bildet (Teilkurzschluss).
Mit Bezug auf 1E weist die erste Nut 140 eine innere Länge L1 und eine äußere Länge L2, die durch die Breite der Nut getrennt sind, auf. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die innere Länge L1 und die äußere Länge L2 von etwa 10 mm bis etwa 0,1 mm und in einer Ausführungsform etwa 1 mm variieren. Die Länge der Verengung L3 kann etwa 100 µm bis etwa 3 mm und in einer Ausführungsform etwa 200 µm sein. Die Spitzen der ersten Kerbe 170 und der zweiten Kerbe 180 können einen Krümmungsradius von etwa 50 µm bis etwa 500 µm und in einer Ausführungsform von etwa 100 µm aufweisen.
Mit Bezug auf 1F kann die Stromschiene 10 eine erste Dicke (D1) (z.B. etwa 200 µm als Erläuterung) umfassen und kann einige Bereiche umfassen, welche die Hälfte der ersten Dicke (eine zweite Dicke D2) aufweisen. Die Verengung kann auch auf der ersten Dicke liegen, welche die ursprüngliche Dicke des Leadframe sein kann, der die Stromschiene 10 bildet. Die erste und die zweite Nut 140 und 150 können die Hälfte der ersten Dicke (D1/2) aufweisen. Aufgrund der Krümmung der Seitenwände der Nuten kann das Verhältnis der ersten Breite W1 zur zweiten Breite W2 auf einer Höhe h2 über der Unterseite in verschiedenen Ausführungsformen etwa 10:1 bis etwa 2:1 sein. Das Verhältnis der ersten Breite W1 zur zweiten Breite W2 kann in einer Ausführungsform etwa 3:1 sein. Ebenso kann das Verhältnis der Dicke der Stromschiene an den Nuten (D2) zur zweiten Breite W2 in verschiedenen Ausführungsformen etwa 5:1 bis etwa 1:5 und in einer Ausführungsform etwa 1:1 sein. Aufgrund von Herstellungsbegrenzungen kann in einer oder mehreren Ausführungsformen die erste Breite W1 gleich der Länge D1–D2 sein und die gekrümmte Kontur CC im Querschnitt von 1F kann nahe einem Halbkreis sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der elektrische Widerstand des Materials in der ersten Nut 140 oder der zweiten Nut 150 kleiner als ein entsprechender elektrischer Widerstand des Materials in der Verengung 160. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Querschnittsfläche der Stromschiene 10, die unter der ersten Nut 140 oder der zweiten Nut 150 verbleibt, entlang einer Oberfläche senkrecht zur Stromflussrichtung größer als eine Querschnittsfläche der Verengung 160. Mit anderen Worten, die Querschnittsflächen können an die Ungleichung L3 × D1 < L2 × D2 angenähert werden. Dies stellt sicher, dass die erste Nut 140 oder die zweite Nut 150 keine Verschiebung im gemessenen Magnetfeld aufgrund der höheren Stromzusammendrängung oder eine Erhöhung des Widerstandes gegen den Fluss des primären Stroms einführt. In dem Halbleiterpackage (z.B. 1A–1C) sind die erste und die zweite Nut 140 und 150 mit dem Packagekörper 80 gefüllt, was hilft, den Fluss von Lötmittel von den naheliegenden Kontaktstellenbereichen zu stoppen, wenn das Package an einer anderen Komponente wie z.B. einer Leiterplatte befestigt wird. Eine breitere Nut kann helfen, einen Kurzschluss zu verhindern, kann jedoch auch den elektrischen oder thermischen Widerstand der Stromschiene erhöhen.
1F stellt eine Querschnittsansicht der Stromschiene 10 dar und stellt den Widerstand der Nut gegen den Fluss des Lötmittels 90 von über der ersten Kontaktstelle 10A in Richtung der Verengung 160 (durch gestrichelte Pfeile gezeigt) dar. Ferner sind die Nuten mit einem Material des Packagekörpers 80 gefüllt, was verhindert, dass das Lötmaterial fließt.
Weitere Strukturmerkmale und ein Vorteil der Nuten, wie in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, werden nachstehend nach dem Identifizieren der Probleme bei herkömmlichen Stromschienenkonstruktionen beschrieben.
2, die 2A–2D umfasst, stellt Probleme bei herkömmlichen Stromschienen dar, wie von den Erfindern identifiziert. 2A stellt eine Querschnittsansicht einer ersten Stromschienenkonstruktion dar und 2B stellt eine Draufsicht der ersten Stromschienenkonstruktion dar. 2C ist eine Draufsicht und 2D ist eine Unteransicht einer anderen herkömmlichen Stromschiene.
2A stellt in einer Querschnittsansicht eine Stromschiene 10 dar, die über einer Leiterplatte 500 (nur die Stromleiterbahnen der Leiterplatte sind gezeichnet) montiert ist. Die weißen Pfeile bezeichnen die Stromflussrichtung. Der Sensorchip 50 mit dem Magnetfeldsensor 52 ist über der Stromschiene 10 angeordnet. Bei Abwesenheit der Nuten, wie in 2A dargestellt, kann, während das Lötmittel 90 ausgebildet wird, das Lötmaterial von der ersten Kontaktstelle 10A einen Kurzschluss 15 mit der zweiten Kontaktstelle 10B (oder mit dem freigelegten Teil der Stromschiene 10 auf der entgegengesetzten Seite über der seitlichen Öffnung) bilden.
Ein Teil des Stroms, der durch die Kontaktstelle 10A fließt, kann durch das Lötmaterial aufgrund des Kurzschlusses 15 umgeleitet werden. Die Umleitung des Stroms kann signifikant sein, insbesondere wenn die Querschnittsfläche des Kurzschlusses 15 signifikant ist. Obwohl die Stromschiene typischerweise aus Kupfer besteht und folglich leitfähiger ist als das Lötmaterial, kann die Anwesenheit eines Kurzschlusses 15 trotzdem das Magnetfeld ändern, das durch den fließenden Strom erzeugt wird, was sich auf die Genauigkeit des Stromerfassungsprozesses auswirken kann. Der Kurzschluss 15 kann beispielsweise zehnmal weniger leitfähig sein als die Stromschiene 10, einige Prozent des Stromflusses können dennoch durch den Kurzschluss 15 umgeleitet werden, was zu einer Differenz von etwa 1% im Magnetfeld führen kann.
Ferner kann der Strom, der durch das Lötmaterial fließt, Zuverlässigkeitsprobleme während der Lebensdauer des Produkts beispielsweise aufgrund von Elektromigration verursachen. Diese Lebensdauerdrift aufgrund von Elektromigration kann einen Fehler von einigen Prozent hinzufügen. Folglich kann sich die Empfindlichkeit des Sensors während der Lebensdauer des Produkts ändern.
2B stellt eine Draufsicht einer Stromschiene 10 während der Ausbildung des Packagekörpers 80 dar. Das Einkapselungsmaterial, das zum Ausbilden des Packagekörpers 80 verwendet wird, fließt von einer Seite (Pfeile 21) in die erste Kerbe 170 während eines Vergussprozesses wie z.B. Spritzverguss. Der Fluss des Einkapselungsmaterials kann an der Verengung 160 blockiert werden und ein Hohlraum 25 kann in der Kerbe hinter der Verengung auftreten, wenn die Verengung 160 dieselbe Dicke wie die restliche Stromschiene aufweist. Die Anwesenheit eines solchen Hohlraums 25 ist ein Zuverlässigkeitsrisiko für das Produkt. Wenn Spritzvergießen ohne vorherige Entleerung des Vergusswerkzeugs verwendet wird, kann ferner eine Blase in der zweiten Kerbe 180 gebildet werden, da eingefangene Luft zwischen dem Vergusswerkzeug und der Isolationsstruktur 30 eingeschlossen wird.
2C ist eine Draufsicht und 2D eine Unteransicht einer weiteren herkömmlichen Stromschiene. Hier weist die Verengung 160 eine kleinere Dicke (halbe Dicke) entlang der z-Achse und eine längere Länge entlang der x-Achse als die Konstruktionen von 2A und 2B auf. Während des Vergussprozesses kann folglich das Einkapselungsmaterial in die erste Kerbe 170 zwischen den zwei großen Kontaktabschnitten der Stromschiene 10 eintreten, was das Gas unter die Verengung 160 schiebt. Dann kann das Einkapselungsmaterial unter der Verengung 160 fließen (aufgrund der kleineren Dicke) und die entgegengesetzte zweite Kerbe 180 auffüllen. Diese Konstruktion verhindert die Bildung von Hohlräumen im Gegensatz zu 2B.
Die Stromschienen entlang der Kanten weisen halb geätzte Bereiche oder Aussparungen auf, um einen Lötmittelkurzschluss zu verhindern. Aufgrund der längeren Länge der Verengung 160 und der Aussparungen können folglich Kurzschlüsse aufgrund des Lötmittelaufschmelzens auch vermieden werden.
Die Erfinder haben jedoch die folgenden Probleme bei den Konstruktionen, die in 2C und 2D dargestellt sind, identifiziert. Eine große mechanische Spannung kann sich in der Verengung aufgrund der längeren Länge und kleineren Dicke, die verwendet werden, um die obigen Probleme zu verhindern, entwickeln. Diese Erhöhung der Spannung kann beispielsweise an der Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem leitfähigen Material der Stromschiene 10 und des Packagekörpers 20 liegen. Ebenso kann der Packagekörper 20 aufgrund von Feuchtigkeit von der Außenumgebung quellen oder schrumpfen, was zu einer mechanischen Spannung in der Verengung 160 führt. Die kombinierte mechanische und elektrische Spannung können zu Änderungen der Geometrie der Verengung (Rissen) führen und schließlich zu einer Lebensdauerdrift des Stromsensors führen. Ferner ist die Stromschiene 10 bis hin zu der Kante freigelegt, wo die Verengung 160 beginnt. Das Lötmittel benetzt wahrscheinlich die vollständige freigelegte Oberfläche der Kontaktfläche, so dass es sich der Verengung 160 bis zu diesem Punkt nähert. Dies kann sich auf die Stromdichteverteilung nahe der Verengung 160 aufgrund von Variationen der Dicke und des Grades der Benetzung des Lötmittels auswirken. Ferner erhöht eine längere Verengung 160 die Verluste bei hohen Strömen aufgrund der Erhöhung des ohmschen Widerstandes der Stromschiene 10.
Diese von den Erfindern in 2 identifizierten Probleme und weitere können durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beseitigt werden. Wie in 1 beschrieben, können beispielsweise die erste und die zweite Nut 140 und 150 verhindern, dass Lötmaterial einen Kurzschluss verursacht. 2B stellt auch dar, dass zwei Magnetfeldsensoren 52 auf jeder Seite der Verengung 160 angeordnet sein können. Dies kann verwendet werden, um magnetische Hintergrundstörungen unter Verwendung eines Differenzmessprinzips zu unterdrücken. Vorteilhafterweise weist die Verengung 160, beispielsweise wie in 1D dargestellt, einen größeren Querschnitt als die Verengung in 2C–2D auf, ohne dass sie einen größeren Abstand von Sensorelementen aufweist. Daher weist das Material in der Verengung 160 etwa dieselbe Dicke wie der Rest der Stromschiene 10 auf, d.h. weist eine volle Dicke auf und ist nicht auf die halbe Dicke geätzt. Die erste Nut 140 und die zweite Nut 150 führen den Fluss des Einkapselungsmaterials von der ersten Kerbe 170 zur zweiten Kerbe 180 und vermeiden die Bildung von Hohlräumen. Der vierte Abstand L4 (1F) der ersten Nut 140 von der Verengung 160 kann verändert werden, so dass der Widerstand und die mechanische Spannung an den Nuten nicht übermäßig groß sind.
Wenn ein Einkapselungsmaterial in das Vergusswerkzeug eingespritzt wird und in die erste Kerbe 170 fließt, kann das Einkapselungsmaterial folglich das Gas durch die erste und die zweite Nut 140 und 150 herausschieben. Als nächstes kann das Einkapselungsmaterial auch durch die erste und die zweite Nut 140 und 150 fließen, um die zweite Kerbe 180 zu füllen. Nur der kleine Teil der zweiten Kerbe 180, der eine volle Dicke D1 aufweist (z.B. 1F), kann auch durch Einkapselungsmaterial gefüllt werden müssen, das durch diese Nuten kommt, der Rest kann mit dem Einkapselungsmaterial gefüllt werden, das von links und rechts unter den halb geätzten großen Flügeln der Struktur kommt.
Der vierte Abstand L4 der Nuten von der Kante der Verengung 160 ist groß genug gewählt, so dass die Stromdichte und die mechanische Spannung an den Nuten kein Problem sind. Wenn andererseits die erste und die zweite Nut 140 und 150 zu lang werden, kann das Einkapselungsmaterial nicht leicht hindurch fließen können. Die erste und die zweite Nut 140 und 150 können jedoch breiter sein, wenn die Länge erhöht werden muss. Dies kann jedoch den elektrischen Widerstand für den primären Strom erhöhen, der durch die Stromschiene 10 fließt.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Nuten keine geraden Linien sein, sondern können vielmehr eine Krümmung umfassen (z.B. kreisförmig oder elliptisch in der Form von oben betrachtet). Die Steifigkeit der Stromschiene 10 gegen eine Biegung aus der Ebene ist beispielsweise höher, wenn die erste und die zweite Nut 140 und 150 gekrümmt sind. Der elektrische und thermische Widerstand können auch niedriger sein, wenn die Stromflusslinien und Wärmeflusslinien in etwa 90° durch die erste und die zweite Nut 140 und 150 liegen. Die Verengung 160 ist als eine Art Punktquelle konstruiert und alle Stromlinien verlaufen ungefähr radial durch sie.
3 stellt eine Querschnittsansicht einer Stromschiene eines Halbleiterpackage gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung dar.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Anzahl von Nuten und die Tiefe der Nuten verändert werden. In 3 umfasst beispielsweise jede Nut mehrere Kanäle mit einer Tiefe, die geringer ist als jene der in 1 dargestellten Nuten. Die mehreren Nuten können helfen, den Fluss von Lötmittel 90 von den Kontaktstellenbereichen zu stoppen, während die flachere Nut helfen kann, die Erhöhung der thermischen oder elektrischen Widerstände zu minimieren.
4 stellt eine Projektionsansicht der Stromschiene eines Halbleiterpackage gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung dar.
Wie in 4 dargestellt, kann in einer alternativen Ausführungsform die freigelegte hintere Oberfläche der Stromschiene 10 eine komplexe Form aufweisen. Einige der Kanten der Stromschiene 10 können beispielsweise gerade sein, während andere Kanten abgewinkelt sein und eine Krümmung umfassen können. 4 stellt eine Fläche dar, die dem Lötmittel 90 ausgesetzt ist, während eine andere Fläche 220 der hinteren Oberfläche der Stromschiene 10 innerhalb des Packagekörpers bleibt.
5, die 5A und 5B umfasst, stellt ein Halbleiterpackage mit einer Lötschutzschicht gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Dadurch ist in dieser Darstellung die Geometrie der Stromschiene von 5A ähnlich zur Darstellung von 4. Die Lötschutzschicht kann jedoch in anderen Ausführungsformen anders aufgebracht werden.
In dieser Ausführungsform ist eine Beschichtung 210 über Abschnitten der freigelegten Stromschiene ausgebildet. In einer Ausführungsform kann die Beschichtung 210 eine Antibenetzungseigenschaft aufweisen, um den Fluss von Lötmaterial über die Beschichtung 210 zu verhindern. Folglich bleibt während des Aufschmelzens das Lötmittel 90 aus den Bereichen fern, die mit der Beschichtung 210 beschichtet sind.
Wie in 5C dargestellt, kann beispielsweise in vielen Ausführungsformen während der Herstellung die Stromschiene 10 mit einer Lötförderungsschicht 11 wie z.B. Zinn, Silber, Palladium und anderen in Abhängigkeit von dem Material des verwendeten Lötmittels verkleidet werden. Diese Verkleidung kann die Bildung des Lötmittels 90 fördern. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtung 210 das Aussetzen dieser Lötförderungsschicht 11 dem Lötmaterial blockieren, wodurch der Fluss des Lötmaterials verhindert wird, z.B. aufgrund des Mangels an Benetzung (großer Kontaktwinkel) zwischen dem Lötmaterial und der Beschichtung 210 im Gegensatz zur guten Benetzung zwischen dem Lötmaterial und der Lötförderungsschicht 11.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtung 210 ein Lack mit einem organischen Polymer sein. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Beschichtung 210 ein Lötresistmaterial und kann ein UV- oder thermisch gehärtetes Lötmaskenmaterial sein. Die Beschichtung 210 kann Füllmaterialien wie beispielsweise Silizium, Aluminium, Magnesium, Titan, Kalzium umfassen. In alternativen Ausführungsformen kann die Beschichtung 210 durch Oxidieren eines Abschnitts der Stromschiene 10 ausgebildet werden, wodurch ein Isolationsmetalloxid ausgebildet wird. In weiteren alternativen Ausführungsformen kann die Beschichtung 210 Oxid oder Nitride wie z.B. Kupferoxid, Hafniumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid und andere umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtung 210 aufgebracht werden, um verschiedene Konstruktionen zu bilden. Als Erläuterung kann die Beschichtung 210 beispielsweise in einem Beispiel auf die Oberflächen der Verengung 160 in einer Stromschiene 10 aufgebracht werden, wie in 4 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtung 210 auf zusätzliche Bereiche aufgebracht werden, so dass nur rechteckige Kontaktflächen über der ersten Kontaktstelle 10A und der zweiten Kontaktstelle 10B nach dem Aufbringen der Beschichtung 210 freigelegt bleiben.
6, die 6A und 6B umfasst, stellt Querschnittsansichten des Halbleiterpackage, welches über einer gedruckten Leiterplatte montiert ist, gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar. 6A stellt ein Halbleiterpackage mit mehreren Nuten oder Kanälen dar, während 6B ein Halbleiterpackage mit einer Lötschutzschicht darstellt.
In verschiedenen Ausführungsformen können die erste Kontaktstelle 10A und die zweite Kontaktstelle 10B der Stromschiene 10 einfache Formen wie Rechtecke aufweisen und können kleiner sein als die entsprechenden Schaltungskontaktflächen 510 auf einer gedruckten Leiterplatte 500. Selbst im Fall einer Positionsfehlausrichtung kontaktieren folglich die ganzen ersten und zweiten Kontaktstellen 10A und 10B die entsprechenden Schaltungskontaktflächen 510 der gedruckten Leiterplatte 500.
Insbesondere kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der Abstand zwischen der ersten Kontaktstelle 10A und der zweiten Kontaktstelle 10B (d90) größer sein als der Abstand zwischen den entsprechenden zwei Kontaktflächen (d510) auf der gedruckten Leiterplatte 500. Folglich können Montagefehler des Halbleiterpackage 1 an der gedruckten Leiterplatte 500 nicht zu einer unterschiedlichen Stromverteilung in der Stromschiene führen. Mit anderen Worten, die Kalibrierung des Sensorchips 50 innerhalb des Halbleiterpackage 1 ist vorteilhafterweise von der Montage des Package über der gedruckten Leiterplatte 500 unabhängig. Dies liegt daran, dass die ganze erste Kontaktstelle 10A die Schaltungskontaktflächen 510 kontaktiert.
Außerdem helfen die Nuten, den Kontaktabschnitt des Halbleiterpackage 1 weiter vom Felderzeugungsabschnitt der Stromschiene 10 nahe der Verengung 160 abzukoppeln. Irgendeine Änderung der exakten Kontaktgeometrie wirkt sich nicht direkt auf die Stromdichteverteilung in der Verengung 160 aus, da die Nuten eine Art von Engpass sind, der die Stromverteilung homogenisiert. Mit anderen Worten, als Beispiel ist die erste Nut 140 eine zusätzliche künstliche Verengung zwischen der ersten Kontaktstelle 10A und der Verengung 160. Daher weist die erste Nut 140 eine größere Auswirkung auf die Stromverteilung auf als kleine Änderungen nahe der ersten Kontaktstelle 10A und kann in einigen Fällen helfen, eine Grenzbedingung für die Stromverteilung festzulegen. Ebenso kann unter Verwendung der in vorherigen Ausführungsformen beschriebenen Lötschutzbeschichtung der Abstand zwischen der Verengung 160 und der ersten Kontaktstelle 10A vergrößert werden, um zumindest teilweise die Änderung des Kontaktwiderstandes aufgrund der Fehlausrichtung auf die Stromverteilung an der Verengung 160 zu mildern.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Halbleiterpackage 1 an der gedruckten Leiterplatte 500 durch Weichlöten befestigt werden. Die erste Kontaktstelle 10A und die zweite Kontaktstelle 10B können an Schaltungskontaktflächen 510 auf der gedruckten Leiterplatte 500 befestigt werden. Die Schaltungskontaktflächen 510 können eine Sammelschiene oder eine PCB-Leiterbahn sein. Alternativ kann der Kontakt zwischen dem externen Leiter und der Stromschiene 10 in anderen Ausführungsformen über Hartlöten, Schweißen, Klemmen mit Schrauben und andere Techniken hergestellt werden.
Folglich beschreiben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Magnetstromsensor mit einer flachen Stromschiene 10 mit einer Verengung 160 nahe mindestens einem Magnetsensorelement. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Kontaktgrenzfläche zwischen der Stromschiene 10 und der gedruckten Leiterplatte 500 vom Felderzeugungsteil der Stromschiene 10 abgekoppelt, so dass kleine Fehlausrichtungen in der Kontaktgrenzfläche sich nicht signifikant auf den Sensormesswert auswirken. Wie in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, wird dies unter Verwendung von mindestens zwei Nuten in der Unterseite der Stromschiene 10 oder eine Antilötbeschichtung bewerkstelligt, um die Kontaktgrenzfläche von der Verengung 160 zu beabstanden.
7, die 7A–7C umfasst, stellt eine Draufsicht einer Stromschiene mit Nuten gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stromschiene 10 verschiedene Formen aufweisen, um die Empfindlichkeit des Sensors innerhalb des Sensorchips 50 zu verbessern. Beispiele der Stromschiene 10 umfassen die in 7A–7C dargestellten "I"-, "U"-, "S"-Formen.
Wie in 7A dargestellt, umfasst die Stromschiene 10 in einer Ausführungsform eine erste Kerbe 170, die eine seitlich verringerte Querschnittsfläche (Verengung 160) definiert. Die verringerte Querschnittsfläche zwingt den Strom, der von der ersten Kontaktstelle 10A zur zweiten Kontaktstelle 10B fließt, in einer "I"- oder Linienform zu fließen. Der verringerte Querschnitt und die Biegung des Stroms, die durch die erste Kerbe 170 verursacht wird, erhöht die Stromdichte an der Verengung 160 und folglich die Magnetfeldstärke des Magnetfeldes. Dies erhöht die Empfindlichkeit der Strommessung. Wie dargestellt, können eine erste Nut 140 und eine zweite Nut 150 ausgebildet sein, wie in vorherigen Ausführungsformen beschrieben. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Konstruktion der ersten Nut 140 und einer zweiten Nut 150 so durchgeführt, dass sichergestellt wird, dass die Stromflusslinien senkrecht bleiben. 7A stellt beispielsweise schematische Stromflusslinien (gestrichelte Linien) dar. Die Krümmung der ersten Nut 140 und der zweiten Nut 150 stellt sicher, dass die Stromflusslinien zum Querschnitt der Stromschiene, der dem Stromfluss zugewandt ist, senkrecht sind.
Mit Bezug auf 7B weist der Stromfluss von der ersten Kontaktstelle 10A zur zweiten Kontaktstelle 10B einen "U"-förmigen Stromfluss auf. Ähnlich zur vorherigen Ausführungsform umfasst die Stromschiene 10 eine erste Kerbe 170 zwischen der ersten Kontaktstelle 10A und der zweiten Kontaktstelle 10B. In dieser Ausführungsform sind jedoch die erste und die zweite Kontaktstelle 10A und 10B nur auf einer gegenüberliegenden Hälfte des Stromleiters angeordnet. Folglich wird der von der ersten Kontaktstelle 10A zur zweiten Kontaktstelle 10B fließende Strom noch mehr gebogen als in der vorherigen Ausführungsform. Eine erste Nut 140 und eine zweite Nut 150 können ausgebildet sein, wie in vorherigen Ausführungsformen beschrieben. Die erste und die zweite Nut 140 und 150 können in der Länge verkürzt sein, was einen kleineren Widerstand gegen den Stromfluss schafft.
7C stellt eine weitere alternative Ausführungsform der Stromschiene mit der Nut dar. Die in 7C dargestellte Ausführungsform weist einen "S"-förmigen Stromfluss auf. Um den S-förmigen Stromfluss zu erreichen, umfasst der Magnetfeld-Erzeugungsbereich eine erste Kerbe 170 und eine zweite Kerbe 180, die auf entgegengesetzten Seiten der Verengung 160 relativ zur Flussrichtung des Stroms angeordnet sind und in der Flussrichtung gegeneinander verlagert oder versetzt sind. Die Länge der ersten Nut 140 und der zweiten Nut 150 kann länger sein als in vorherigen Ausführungsformen, was eine homogene Stromverteilung durch die Verengung 160 schafft.
8, die 8A–8C umfasst, stellt eine Draufsicht einer Stromschiene mit einer Lötschutzschicht gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 7 beschrieben, kann die Stromschiene 10 die "I"-, "U"-, "S"-förmigen Stromflussstrukturen umfassen. Wie auch in 8 dargestellt, kann die Beschichtung 210, die eine Lötschutzschicht sein kann, für jede dieser Strukturen zugeschnitten sein.
9, die 9A–9C umfasst, stellt ein Halbleiterpackage während verschiedener Stufen der Herstellung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
9 stellt die Ausbildung einer Halbleitervorrichtung mit einer Kombination der vorher beschriebenen Ausführungsformen dar. Mit Bezug auf 9A ist ein Leadframestreifensubstrat 300 dargestellt. Das Leadframestreifensubstrat 300 kann eine konstante Dicke D1 aufweisen und kann ein Metall wie z.B. Kupfer umfassen.
Mit Bezug auf 9B wird das Leadframestreifensubstrat 300 vollständig geätzt, um mehrere Zuleitungen, eine Chipinsel oder Stromschiene auszubilden, die eine Verengung 160 (vorher beschrieben) umfasst. Nach oder vor der Ausbildung der mehreren Zuleitungen können die Nuten durch Ausbilden eines ersten Resists 310 und Ätzen des Leadframestreifensubstrats 300 ausgebildet werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die erste Nut 140 und die zweite Nut 150 während der Ausbildung der mehreren Zuleitungen ausgebildet werden. Um vollständig durchzuätzen, wird beispielsweise das Leadframestreifensubstrat 300 von der Vorderseite und der Rückseite geätzt. Die Nuten können während des Rückseitenätzprozesses ausgebildet werden. Folglich kann in einigen Ausführungsformen kein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich sein. Der so ausgebildete Leadframestreifen kann mehrere Leadframeeinheiten umfassen.
Wie als nächstes in 9C dargestellt, werden die Stromschiene 10, ein Sensorchip 50 und eine Isolationsstruktur 30 innerhalb eines Packagekörpers 20 verpackt. Eine Beschichtung 210 wird auf die freigelegte hintere Oberfläche des Halbleiterpackage aufgebracht. In diesem Zusammenhang kann die hintere Oberfläche eine Hauptoberfläche des Package sein, die der Leiterplatte oder einer Sammelschiene zugewandt ist, die den zu messenden Strom führt, während die entgegengesetzte Vorderseite des Halbleiterpackage Kennzeichnungen tragen kann, welche die Vorrichtungen innerhalb des Package identifizieren. In einigen Ausführungsformen kann ein zweiter Resist 320 vor dem Ausbilden der Beschichtung 210 aufgebracht werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Lötmaterial (vor dem Aufschmelzen) als zweiter Resist 320 verwendet werden. Alternativ kann die Beschichtung 210 beispielsweise unter Verwendung von Schablonendrucken, Tintenstrahldrucken und anderen Verteilungstechniken gedruckt werden. Das Lötmaterial kann entweder vor oder nach dem Aufbringen der Beschichtung 210 aufgebracht werden. Das Lötmaterial wird aufgebracht (falls erforderlich).
Ein Vereinzelungsprozess kann verwendet werden, um die mehreren Halbleiterpackages in individuelle Einheiten aufzutrennen. In einer Ausführungsform kann ein Zertrennwerkzeug verwendet werden, um das Leadframestreifensubstrat 300 mechanisch zu trennen, um physikalisch separate Halbleiterpackages auszubilden. Obwohl vorstehend ein Batchprozess dargestellt ist, kann in verschiedenen Ausführungsformen ein sequentieller Prozess verwendet werden, bei dem jedes Halbleiterpackage separat hergestellt wird.
Das individuelle Halbleiterpackage kann über einer Leiterplatte positioniert und montiert werden. Ein Lötmittelaufschmelzprozess kann durchgeführt werden, um die Verbindung auszubilden.
10, die 10A und 10B umfasst, stellt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Stromschiene ohne Verengung dar, wobei 10A eine Draufsicht darstellt, während 10B eine Querschnittsansicht darstellt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf Stromschienen 10 ohne Verengung angewendet werden. Flache Stromschienen ohne Verengung können beispielsweise in einigen Ausführungsformen verwendet werden. Wie in 10 dargestellt, kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt ein Abschnitt der Stromschiene 10 unter dem Magnetfeldsensor 52 sein.
Wie in 10A und 10B dargestellt, kann ein Halbleiterchip 50 über der Stromschiene 10 mit einer ersten Kontaktstelle 10A und einer zweiten Kontaktstelle 10B angeordnet sein. Der Halbleiterchip 50 kann einen Magnetfeldsensor 52 umfassen, der das Magnetfeld aufgrund des Stroms, der in einem Abschnitt der Stromschiene 10 unter ihm fließt, detektiert. Der Halbleiterchip 50 kann mit mehreren Zuleitungen 40 durch Verbindungen 60 gekoppelt sein, wie vorher beschrieben. Der Packagekörper 80 befestigt den Halbleiterchip 50, wie vorher beschrieben.
Mit Bezug auf 10B ist das Halbleiterpackage über einer gedruckten Leiterplatte 500 oder einer Sammelschiene montiert. Eine Beschichtung 210, die ein Lötresistmaterial umfassen kann, kann über der freigelegten Stromschiene 10 an der Rückseite des Package, die der gedruckten Leiterplatte 500 zugewandt ist, aufgebracht sein. Die Beschichtung 210 bedeckt jedoch nicht die ganze freigelegte Oberfläche der Stromschiene 10, wobei gewisse Abschnitte der Stromschiene 10 freigelegt belassen sind. Die freigelegten Abschnitte der Stromschiene 10 können an entsprechenden Schaltungskontaktflächen 510 befestigt sein.
Insbesondere kann in einer oder mehreren Ausführungsformen die Beschichtung 210 derart aufgebracht sein, dass der Abstand zwischen der ersten Kontaktstelle 10A und der zweiten Kontaktstelle 10B (d90) größer ist als der Abstand zwischen den entsprechenden zwei Kontaktflächen (d510) auf der gedruckten Leiterplatte 500. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtung 210 folglich verwendet werden, um die Fläche der Stromschiene 10, die frei liegt, um einen Kontakt mit der gedruckten Leiterplatte 500 zu bilden, selektiv zu ändern.
11, die 11A und 11B umfasst, stellt eine alternative Ausführungsform der Stromschiene dar. 11A stellt eine Querschnittsansicht dar und 11B stellt eine Draufsicht dar.
Mit Bezug auf 11A weist die Stromschiene 10 eine erste Nut 140 und eine zweite Nut 150 auf. 11A stellt auch die Stromflussrichtung innerhalb der Stromschiene 10 dar. Wie in der Draufsicht von 11B dargestellt, sind die erste Nut 140 und die zweite Nut 150 als gerade Gräben ausgebildet. Dies steht zu den vorherigen Ausführungsformen im Gegensatz, in denen die erste Nut 140 und die zweite Nut 150 einen Krümmungsradius hatten.
12, die 12A und 12B umfasst, stellt eine Stromschiene mit einer halb geätzten Verengung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung dar. 12A stellt eine Querschnittsansicht dar, während 12B eine Draufsicht darstellt.
Mit Bezug auf 12A weist die Stromschiene 10 eine erste Dicke D1 (z.B. an den Kontaktstellenflächen) auf, die Stromschiene 10 weist eine zweite Dicke D2 an der ersten Nut 140 und der zweiten Nut 150 auf, und die Stromschiene 10 weist eine dritte Dicke D3 an der Verengung 160 auf. In einer Ausführungsform sind die zweite Dicke D2 und die dritte Dicke D3 etwa dieselbe und etwa die Hälfte der ersten Dicke D1.
12B stellt eine Draufsicht dar und stellt die Verengung 160 dar, die unter Verwendung einer ersten Kerbe 170 ausgebildet ist. In anderen Ausführungsformen kann die Verengung 160 andere Konstruktionen aufweisen (z.B. wie in 7 und 8 dargestellt). Folglich kann die Verengung 160 in einigen Ausführungsformen dünner sein als die Stromschiene 10.
Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf erläuternde Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einer begrenzenden Hinsicht aufgefasst werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der erläuternden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung sind für den Fachmann auf dem Gebiet bei der Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich. Als Erläuterung können die in 1, 3–9 beschriebenen Ausführungsformen in alternativen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Daher ist vorgesehen, dass die beigefügten Ansprüche beliebige derartige Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Einzelnen beschrieben wurden, sollte selbstverständlich sein, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und Veränderungen hier vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen. Beispielsweise ist für einen Fachmann auf dem Gebiet leicht verständlich, dass viele der Merkmale, Funktionen, Prozesse und Materialien, die hier beschrieben sind, verändert werden können, während innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung geblieben wird.
Überdies soll der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die speziellen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Stoffzusammensetzung, der Mittel, Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung beschrieben sind, begrenzt sein. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet leicht aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung erkennt, können Prozesse, Maschinen, eine Herstellung, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die derzeit existieren oder später entwickelt werden sollen, die im Wesentlichen dieselbe Funktion durchführen oder im Wesentlichen dasselbe Ergebnis erreichen wie die hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Folglich sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Schutzbereichs solche Prozesse, Maschinen, eine solche Herstellung, solche Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen.
Das Folgende betrifft weitere Beispiele. Beispiel 1 ist ein System, das umfasst: eine Leiterplatte mit Lötkontaktstellen; und ein Halbleiterpackage, welches mit der Leiterplatte durch die Lötkontaktstellen gekoppelt ist, wobei das Halbleiterpackage umfasst: eine Stromschiene mit Kontaktstellenbereichen, einen Halbleiterchip, der über der Stromschiene angeordnet ist, wobei der Halbleiterchip einen Magnetfeldsensor umfasst, wobei der Magnetfeldsensor nahe der Stromschiene liegt, einen Packagekörper, der die Stromschiene und den Halbleiterchip befestigt, wobei Abschnitte einer hinteren Oberfläche der Stromschiene an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers, die der Leiterplatte zugewandt ist, freigelegt sind, und eine Lötschutzschicht, die Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene bedeckt, wobei die Lötkontaktstellen der Leiterplatte unter den Kontaktstellenbereichen angeordnet und damit gekoppelt sind.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 wahlweise umfassen, dass ein Abstand zwischen den Lötkontaktstellen der Leiterplatte geringer ist als ein Abstand zwischen den Kontaktstellenbereichen der Stromschiene.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 1 oder 2 wahlweise umfassen, dass eine Fläche einer Kontaktstelle der Lötkontaktstellen größer ist als eine Fläche einer Kontaktstelle der Kontaktstellenbereiche.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand von einem der vorangehenden Beispiele wahlweise umfassen, dass das System ferner eine Isolationsschicht umfasst, die zwischen der Stromschiene und dem Halbleiterchip angeordnet ist.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von einem der vorangehenden Beispiele wahlweise umfassen, dass die Lötschutzschicht dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass ein Lötmaterial an den freigelegten Abschnitten der hinteren Oberfläche der Stromschiene haftet.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand von einem der vorangehenden Beispiele wahlweise umfassen, dass die Lötschutzschicht einen Lack, eine Polymerschicht oder ein Lötresistmaterial umfasst.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand von einem der vorangehenden Beispiele wahlweise umfassen, dass die Lötschutzschicht eine Metalloxidschicht, eine Metallnitridschicht oder ein Metalloxynitrid umfasst.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand von einem der vorangehenden Beispiele wahlweise umfassen, dass die Kontaktstellenbereiche eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche umfassen, wobei die Stromschiene eine erste Nut und eine zweite Nut und einen Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt umfasst, wobei entlang einer Stromflussrichtung die erste Nut zwischen der ersten Kontaktfläche und dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt angeordnet ist und die zweite Nut zwischen dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt und der zweiten Kontaktfläche angeordnet ist, wobei eine Dicke der Stromschiene an der ersten Nut kleiner ist als eine Dicke der Stromschiene an der ersten Kontaktfläche.
Beispiel 9 ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterpackage, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen eines Leadframesubstrats mit einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt; Befestigen eines Halbleiterchips über dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt, wobei der Halbleiterchip einen Magnetfeldsensor umfasst, der nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt angeordnet ist; Ausbilden eines Packagekörpers, der das Leadframesubstrat und den Halbleiterchip befestigt, wobei Abschnitte einer hinteren Oberfläche des Leadframesubstrats an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt sind; und Ausbilden einer Lötschutzschicht unter Teilen der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche des Leadframesubstrats.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand von Beispiel 9 wahlweise umfassen, dass das Ausbilden der Lötschutzschicht das Aufbringen eines Lötresistmaterials umfasst.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 9 oder 10 wahlweise umfassen, dass das Ausbilden der Lötschutzschicht die Verwendung eines Druckprozesses umfasst.
Beispiel 12 ist ein Halbleiterpackage, welches umfasst: eine Stromschiene mit Kontaktstellenbereichen und einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt; einen Halbleiterchip, der über der Stromschiene angeordnet ist, wobei der Halbleiterchip einen Magnetfeldsensor umfasst, wobei der Magnetfeldsensor nahe der Stromschiene liegt; einen Packagekörper, der die Stromschiene und den Halbleiterchip befestigt, wobei Abschnitte einer hinteren Oberfläche der Stromschiene an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt sind; und eine Lötschutzschicht, die erste Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene bedeckt.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand von Beispiel 12 wahlweise umfassen, dass die Lötschutzschicht einen Lack, eine Polymerschicht oder ein Lötresistmaterial umfasst.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand von Beispiel 12 oder 13 wahlweise umfassen, dass die Lötschutzschicht eine Isolationsschicht umfasst, wobei die Isolationsschicht eine Metalloxidschicht, eine Metallnitridschicht oder ein Metalloxynitrid umfasst.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 12 bis 14 wahlweise umfassen, dass ein Abschnitt der Lötschutzschicht den Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt von einer Kontaktstelle der Kontaktstellenbereiche trennt.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 12 bis 15 wahlweise umfassen, dass der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt eine erste Breite entlang einer ersten Richtung aufweist, wobei eine Kontaktstelle der Kontaktstellenbereiche eine zweite Breite entlang der ersten Richtung aufweist, und wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite.
Beispiel 17 ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterpackage, wobei das Verfahren umfasst: Ätzen eines Magnetfeld-Erzeugungsabschnitts in ein Leadframesubstrat; Ätzen von mehreren Nuten in das Leadframesubstrat, wobei die mehreren Nuten nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt liegen, wobei die mehreren Nuten eine zweite Dicke aufweisen, die geringer ist als eine erste Dicke des Leadframesubstrats, wobei in einer Draufsicht der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt zwischen einer ersten Nut der mehreren Nuten und einer zweiten Nut der mehreren Nuten angeordnet ist; und Befestigen eines Halbleiterchips über dem Leadframesubstrat, wobei der Halbleiterchip nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt liegt.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 17 wahlweise umfassen, dass der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt eine dritte Dicke aufweist, die geringer ist als die erste Dicke.

Claims

Halbleiterpackage, umfassend: eine Stromschiene mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, einer ersten Nut und einer zweiten Nut, und einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt, wobei entlang einer Stromflussrichtung die erste Nut zwischen der ersten Kontaktfläche und dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt angeordnet ist und die zweite Nut zwischen dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt und der zweiten Kontaktfläche angeordnet ist, wobei eine Dicke der Stromschiene an der ersten Nut kleiner ist als eine Dicke der Stromschiene an der ersten Kontaktfläche.
Halbleiterpackage nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche und die erste und die zweite Nut in einer gleichen Hauptoberfläche der Stromschiene liegen.
Halbleiterpackage nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Querschnittsfläche der Stromschiene senkrecht zu Stromflusslinien an der ersten und der zweiten Nut größer ist als am Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Stromschiene an der ersten und der zweiten Nut kleiner ist als eine Dicke der Stromschiene am Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Stromschiene an der ersten und der zweiten Nut kleiner ist als eine Dicke der Stromschiene an der ersten und der zweiten Kontaktfläche.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Nut sich im Wesentlichen senkrecht zu Stromflusslinien aufgrund eines Stroms, der zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche fließt, erstrecken.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein ganzer Strom über sowohl die erste als auch die zweite Nut hindurchtreten muss, wenn ein Strom an der ersten Kontaktfläche eintritt und an der zweiten Kontaktfläche austritt.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner einen Halbleiterchip umfasst, der parallel zur Stromschiene montiert ist.
Halbleiterpackage nach Anspruch 8, das ferner einen Magnetfeldsensor umfasst, der innerhalb des Halbleiterchips angeordnet ist.
Halbleiterpackage nach Anspruch 9, wobei der Magnetfeldsensor in einer Draufsicht zwischen der ersten und der zweiten Nut angeordnet ist.
Halbleiterpackage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner eine Isolation umfasst, die zwischen dem Halbleiterchip und der Stromschiene angeordnet ist.
Halbleiterpackage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, das ferner umfasst: einen Packagekörper, der die Stromschiene und den Halbleiterchip sichert, wobei Abschnitte einer hinteren Oberfläche der Stromschiene an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt sind; und eine Lötschutzschicht, die Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene bedeckt, wobei die Kontaktstellenbereiche freigelegt bleiben.
Halbleiterpackage nach Anspruch 12, wobei die Lötschutzschicht eine Lackschicht umfasst.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stromschiene eine flache Stromschiene ist.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt eine Verengung umfasst.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei entlang einer Stromflussrichtung innerhalb der Stromschiene ein Widerstand der ersten Nut kleiner ist als ein Widerstand des Magnetfeld-Erzeugungsabschnitts.
Halbleiterpackage nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Querschnittsfläche der Stromschiene an der ersten Nut entlang einer Oberfläche, die zu Stromflusslinien senkrecht ist, größer ist als eine Querschnittsfläche des Magnetfeld-Erzeugungsabschnitts entlang einer zu Stromflusslinien senkrechten Oberfläche.
Halbleiterpackage, umfassend: eine Stromschiene mit Kontaktstellenbereichen und einem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt; einen Halbleiterchip, der über der Stromschiene angeordnet ist, wobei der Halbleiterchip einen Magnetfeldsensor umfasst, wobei der Magnetfeldsensor nahe der Stromschiene ist; einen Packagekörper, der die Stromschiene und den Halbleiterchip sichert, wobei Abschnitte einer hinteren Oberfläche der Stromschiene an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt sind; und eine Lötschutzschicht, die erste Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene bedeckt.
Halbleiterpackage nach Anspruch 18, wobei zweite Teile der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene freigelegt bleiben.
Halbleiterpackage nach Anspruch 18 oder 19, das ferner eine Lötschicht umfasst, die auf zweiten Teilen der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene angeordnet ist.
Halbleiterpackage nach einem der Ansprüche 18 bis 20, das ferner eine Isolationsschicht umfasst, die zwischen der Stromschiene und dem Halbleiterchip angeordnet ist.
Halbleiterpackage nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Lötschutzschicht dazu ausgelegt ist, zu verhindern, dass ein Lötmaterial an den ersten Teilen der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche der Stromschiene haftet.
Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterpackage, wobei das Verfahren umfasst: Ätzen eines Magnetfeld-Erzeugungsabschnitts in ein Leadframesubstrat; Ätzen von mehreren Nuten in das Leadframesubstrat, wobei die mehreren Nuten nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt sind, wobei die mehreren Nuten eine zweite Dicke aufweisen, die geringer ist als eine erste Dicke des Leadframesubstrats, wobei in einer Draufsicht der Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt zwischen einer ersten Nut der mehreren Nuten und einer zweiten Nut der mehreren Nuten angeordnet ist; und Befestigen eines Halbleiterchips über dem Leadframesubstrat, wobei der Halbleiterchip nahe dem Magnetfeld-Erzeugungsabschnitt liegt.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend: Ausbilden eines Packagekörpers, der das Leadframesubstrat und den Halbleiterchip sichert, wobei Abschnitte einer hinteren Oberfläche des Leadframesubstrats an einer unteren Oberfläche des Packagekörpers freigelegt sind; und Ausbilden einer Lötschutzschicht unter Teilen der freigelegten Abschnitte der hinteren Oberfläche des Leadframesubstrats.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner ein Ausbilden einer Lötschicht unter dem Leadframesubstrat umfasst.