DE102013216709A1 - Halbleiteranordnung, verfahren zur herstellung einer anzahl von chipbaugruppen und verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung - Google Patents
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Abstract
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einer oberen Kontaktplatte (41), einer unteren Kontaktplatte (42) und einer Anzahl von Chipbaugruppen (3). Eine jede der Chipbaugruppen (3) weist einen Halbleiterchip (1) mit einem Halbleiterkörper (10) mit einer Oberseite und einer der Oberseite entgegengesetzten Unterseite auf, eine auf der Oberseite angeordnete obere Hauptelektrode (11), eine auf der Unterseite angeordnete untere Hauptelektrode (12), ein elektrisch leitendes oberes Ausgleichsplättchen (21), das auf der dem Halbleiterkörper (10) abgewandten Seite der oberen Hauptelektrode (11) angeordnet und mit dieser mittels einer oberen Verbindungsschicht (31) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist, ein elektrisch leitendes unteres Ausgleichsplättchen (22), das auf der dem Halbleiterkörper (10) abgewandten Seite der unteren Hauptelektrode (12) angeordnet und mit dieser mittels einer unteren Verbindungsschicht (32) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist, sowie eine dielektrische Einbettmasse (4), die den Halbleiterchip (1) seitlich umlaufend ringförmig derart umschließt, dass die dem Halbleiterkörper (10) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21) und die dem Halbleiterkörper (10) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22) jeweils nicht vollständig von der Einbettmasse (4) bedeckt sind. Dabei ist eine jede der Chipbaugruppen (3) derart zwischen der oberen Kontaktplatte (41) und der unteren Kontaktplatte (42) angeordnet, dass bei dieser Chipbaugruppe (3) die dem Halbleiterkörper (10) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21) die obere Kontaktplatte (41) elektrisch und mechanisch kontaktiert, und dass die dem Halbleiterkörper (10) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22) die untere Kontaktplatte (42) elektrisch und mechanisch kontaktiert.
Description
- Die nachfolgende Beschreibung betrifft eine Halbleiteranordnung, ein Verfahren zur Herstellung einer Anzahl von Chipbaugruppen und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung.
- Anordnungen mit heute auf dem Markt befindliche Press Pack Zellen besitzen einen komplexen Aufbau, um die in den Press Pack Zellen enthaltenen Halbleiterchips elektrisch mit den Anschlusskontakten der Zelle, beispielsweise Emitter und Kollektor, Source und Drain oder Anode und Kathode, zu verbinden.
- Es besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten Konstruktion solcher Anordnungen, sowie an einem verbesserten Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung stellt hierzu eine Halbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Anzahl von Chipbaugruppen gemäß Patentanspruch 15 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 17 bereit. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Eine Halbleiteranordnung umfasst eine obere Kontaktplatte und eine untere Kontaktplatte, sowie eine Anzahl von Chipbaugruppen. Eine jede der Chipbaugruppen weist einen Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper auf, der eine Oberseite und eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite besitzt, sowie eine auf der Oberseite angeordnete obere Hauptelektrode und eine auf der Unterseite angeordnete untere Hauptelektrode.
- Auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der oberen Hauptelektrode ist jeweils ein elektrisch leitendes oberes Ausgleichsplättchen angeordnet und mittels einer oberen Verbindungsschicht stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der oberen Hauptelektrode verbunden. Entsprechend ist ein auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der unteren Hauptelektrode jeweils ein elektrisch leitendes unteres Ausgleichsplättchen angeordnet und mittels einer unteren Verbindungsschicht stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der unteren Hauptelektrode verbunden. Durch die stoffschlüssige Verbindung wird verhindert, dass störende Fremdkörper oder andere Substanzen zwischen die Hauptelektrode und das mit dieser stoffschlüssig verbundene Ausgleichsplättchen gelangen und die Hauptelektrode und der Halbleiterkörper dadurch beschädigt werden.
- Als Hauptelektroden werden in diesem Sinn Elektroden verstanden, zwischen denen der Halbleiterkörper während des Betriebs des Halbleiterchips von einem Laststrom durchflossen wird. Der Halbleiterchip kann beispielsweise eine Diode enthalten, oder einen MOSFET, einen IGBT, allgemein einen IGFET, einen Bipolartransistor, einen Thyristor, oder ein beliebiges anderer steuerbares Leistungshalbleiterbauelement. Bei der oberen und der unteren Hauptelektrode kann es sich allgemein um Anode und Kathode, um Kathode und Anode, um Drain und Source, um Source und Drain, um Emitter und Kollektor oder um Kollektor und Emitter eines beliebigen, in den jeweiligen Halbleiterchip integrierten Leistungshalbleiterbauelements handeln. Sofern es sich bei dem Leistungshalbleiterbauelement um ein steuerbares Leistungshalbleiterbauelement handelt, also um ein Leistungshalbleiterbauelement, das einen Steueranschluss wie z. B. einen Gateanschluss (z. B. MOSFET, IGBT, IGFET, Thyristor) oder einen Basisanschluss (z. B. Bipolartransistor ausgenommen IGBT) aufweist,
- Weiterhin weist jede der Chipbaugruppen eine dielektrische Einbettmasse auf, die den Halbleiterchip seitlich umlaufend ringförmig derart umschließt, dass die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens und die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens jeweils nicht oder zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse bedeckt sind. Diese Seiten liegen also bezüglich der Einbettmasse frei und können so elektrisch druckkontaktiert werden. Eine jede der Chipbaugruppen ist derart zwischen der oberen Kontaktplatte und der unteren Kontaktplatte angeordnet ist, dass bei dieser Chipbaugruppe die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens die obere Kontaktplatte elektrisch und mechanisch kontaktiert, und dass die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens die untere Kontaktplatte elektrisch und mechanisch kontaktiert.
- Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Anzahl derartiger Chipbaugruppen werden ein Träger bereitgestellt, eine dielektrische Einbettmasse, sowie eine Anzahl von Halbleiterchipanordnungen. Eine jede der Halbleiterchipanordnungen weist einen Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper auf. Der Halbleiterkörper besitzt jeweils eine Oberseite und eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite besitzt, eine auf der Oberseite angeordnete obere Hauptelektrode, eine auf der Unterseite angeordnete untere Hauptelektrode, ein elektrisch leitendes oberes Ausgleichsplättchen, sowie ein elektrisch leitendes unteres Ausgleichsplättchen. Das elektrisch leitende obere Ausgleichsplättchen ist auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der oberen Hauptelektrode angeordnet und mit dieser mittels einer oberen Verbindungsschicht stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden. Entsprechend ist das elektrisch leitende untere Ausgleichsplättchen auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der unteren Hauptelektrode angeordnet und mit dieser mittels einer unteren Verbindungsschicht stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden.
- Die bereitgestellten Halbleiterchipanordnungen werden nebeneinander auf dem Träger angeordnet und in diesem Zustand in die Einbettmasse eingebettet. Die Einbettmasse wird dann ausgehärtet, so dass die Halbleiterchipanordnungen zusammen mit der Einbettmasse einen festen Verbund bilden. Dieser Verbund stellt einen künstlichen Wafer ("artificial wafer") dar, der nun auf beliebige Weise, beispielsweise in einer Waferschleifanlage, weiterverarbeitet werden kann. Vor der Weiterverarbeitung kann der Verbund von dem Träger abgenommen werden. Die Weiterverarbeitung des Verbundes kann aber auch vollständig oder teilweise erfolgen, solange der Verbund noch auf dem Träger aufgebracht ist.
- Von dem Verbund wird eine obere Deckschicht und optional auch eine untere Deckschicht des Verbundes entfernt, so dass von dem Verbund ein Restverbund verbleibt. Beim Entfernen der oberen Deckschicht wird die ausgehärtete Einbettmasse teilweise von dem Verbund entfernt. Außerdem wird bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen das elektrisch leitende obere Ausgleichsplättchen der betreffenden Halbleiterchipanordnungen teilweise von dem Verbund entfernt wird.
- Sofern von dem Verbund auch eine untere Deckschicht entfernt wird, wird dabei ebenfalls ein Teil der ausgehärteten Einbettmasse von dem Verbund entfernt. Außerdem wird bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen das elektrisch leitende untere Ausgleichsplättchen der betreffenden Halbleiterchipanordnungen teilweise von dem Verbund entfernt.
- Der nach dem Entfernen der oberen Deckschicht und gegebenenfalls auch der optionalen unteren Deckschicht verbleibende Restverbund enthält dann noch die Halbleiterchips, die oberen Verbindungsschichten und die unteren Verbindungsschichten einer jeden der Halbleiterchipanordnungen. Außerdem ist bei dem Restverbund bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen der nach dem Entfernen der oberen Deckschicht verbleibende Rest des oberen Ausgleichsplättchens nicht oder zumindest nicht vollständig von der Einbettmesse bedeckt. Dadurch liegt von dem verbleibenden Rest des oberen Ausgleichsplättchens die dem Halbleiterchip abgewandte Seite bezüglich der Einbettmasse frei und kann dadurch elektrisch druckkontaktiert werden. Soweit auch eine untere Deckschicht entfernt wurde, ist bei dem Restverbund außerdem bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen der nach dem Entfernen der unteren Deckschicht verbleibende Rest des unteren Ausgleichsplättchens nicht oder zumindest nicht vollständig von der Einbettmesse bedeckt. Dadurch liegt von dem verbleibenden Rest des unteren Ausgleichsplättchens die dem Halbleiterchip abgewandte Seite bezüglich der Einbettmasse frei und kann dadurch elektrisch druckkontaktiert werden.
- Der auf diese Weise gebildete Restverbund kann nachfolgend zu einer Anzahl von Chipbaugruppen vereinzelt werden, von denen jede eine der Halbleiterchipanordnungen enthält, sowie einen Rest der Einbettmasse, der den Halbleiterchip der betreffenden Chipbaugruppe seitlich umlaufend ringförmig derart umschließt, dass die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des (nach dem Entfernen der oberen Deckschicht verbliebenen Teils des) oberen Ausgleichsplättchens dieser Chipbaugruppe in der Einbettmasse frei liegt und elektrisch druckkontaktiert werden kann, und dass die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (oder, soweit von dem Verbund eine untere Deckschicht entfernt wurde, der nach dem Entfernen der unteren Deckschicht verbliebene Teil des unteren Ausgleichsplättchens) dieser Chipbaugruppe in der Einbettmasse frei liegt und elektrisch druckkontaktiert werden kann.
- Mit auf diese Weise hergestellten Chipbaugruppen lassen sich nun die bereits beschriebenen Halbleiteranordnungen herstellen. Dabei können sämtliche Chipbaugruppen der Halbleiteranordnung aus demselben oder aber aus zwei oder mehr verschiedenen künstlichen Wafern resultieren. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung wird demgemäß eine Anzahl derartiger Chipbaugruppen bereitgestellt. Ebenfalls bereitgestellt werden eine obere Kontaktplatte und eine untere Kontaktplatte.
- Von der Menge der bereitgestellten Chipbaugruppen wird nun eine Auswahl zur Herstellung der Halbleiteranordnung verwendet. Die Auswahl kann dabei sämtliche der bereitgestellten Chipbaugruppen umfassen, oder nur einen Teil der bereitgestellten Chipbaugruppen. Die Verwendung nur eines Teils der bereitgestellten Chipbaugruppen in der herzustellenden Halbleiteranordnung eröffnet die Möglichkeit, die Chipbaugruppen der Auswahl hinsichtlich übereinstimmender oder ähnlicher Eigenschaften zusammenzustellen. Beispielsweise kann die Auswahl Chipbaugruppen mit gleicher oder ähnlicher Dicke umfassen, und/oder Chipbaugruppen mit identischem oder ähnlichem Einschaltwiderstand, und/oder Chipbaugruppen mit identischer oder ähnlicher Spannungsfestigkeit, und/oder Chipbaugruppen mit identischer oder ähnlicher Schaltgeschwindigkeit, und/oder nur funktionsfähige Chipbaugruppen. Für die Zusammenstellung der Auswahl kann nur ein einzelnes der genannten Kriterien herangezogen werden, oder aber eine beliebige Kombination mit zwei, mehr oder allen der genannten Kriterien.
- Soweit ein Kriterium darin besteht, Chipbaugruppen mit einem identischen oder ähnlichen Parameter auszuwählen, so kann die Auswahl geeigneter Chipbaugruppen dadurch erfolgen, dass der betreffende Parameter der auszuwählenden Chipbaugruppen in einem bestimmten, vorgegebenen Wertebereich liegen muss. Ebenso ist es jedoch möglich, aus einer größeren Menge bereitgestellter Chipbaugruppen zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, wie sie oben beschrieben wurde, eine dafür erforderliche Anzahl von N Chipbaugruppen auszuwählen, die hinsichtlich eines bestimmten Kriteriums die geringste Streuung aufweisen. Die geringste Streuung kann beispielsweise anhand der Standardabweichung oder der Varianz eines bestimmten Parameters ermittelt werden. Als Kriterien bzw. Parameter können beispielsweise wiederum die Dicken der Chipbaugruppen, deren Einschaltwiderstand, deren Spannungsfestigkeit, deren Schaltgeschwindigkeit, oder deren Funktionsfähigkeit herangezogen werden.
- Eine geringe Streuung der Dicken ermöglicht eine besonders zuverlässige elektrische Kontaktierung mehrerer nebeneinander liegender Chipbaugruppen zwischen planparallelen Kontaktflächen zweier Kontaktplatten der Halbleiteranordnung. Eine geringe Streuung des Einschaltwiderstandes führt zu einer besonders homogenen Wärmeentwicklung innerhalb der Halbleiteranordnung.
- Eine geringe Streuung des Spannungsfestigkeit ermöglicht es, keine der Chipbaugruppen weit unterhalb ihres zulässigen Belastungsbereichs betreiben zu müssen. Und schließlich wird (bei einer Parallelschaltung der Chipbaugruppen) mit einer geringen Streuung der Schaltgeschwindigkeit erreicht, dass sämtliche Chipbaugruppen im wesentlichen simultan einschalten. Dadurch wird vermieden, dass sich ein von der gesamten Halbleiteranordnung zu schaltender Strom, der sich im Idealfall auf sämtliche Chipbaugruppen der Halbleiteranordnung gleichmäßig aufteilen soll, wegen des verzögerten Einschaltens längere Zeit nur auf einen Teil der Chipbaugruppen verteilt und diese überlastet werden.
- Unabhängig, davon, nach welchem Kriterium oder welchen Kriterien die Auswahl der Chipbaugruppen getroffen wurde, wird die Auswahl, welche wenigstens N ≥ 2 der bereitgestellten Chipbaugruppen umfasst, zwischen der oberen Kontaktplatte und der unteren Kontaktplatte angeordnet, und zwar derart, dass bei einer jeden der Chipbaugruppen die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens die obere Kontaktplatte elektrisch und mechanisch kontaktiert, und dass die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens die untere Kontaktplatte elektrisch und mechanisch kontaktiert.
- Um den elektrischen Betrieb einer solchen Halbleiteranordnung zu ermöglichen, kann diese derart zwischen ein elektrisch leitendes oberes Druckkontaktstück und ein elektrisch leitendes unteres Druckkontaktstück eingespannt werden, dass zwischen dem oberen Druckkontaktstück und der oberen Kontaktplatte ein Druckkontakt besteht, ohne dass das obere Druckkontaktstück und die obere Kontaktplatte stoffschlüssig verbunden sind, und dass zwischen dem unteren Druckkontaktstück und der unteren Kontaktplatte ein Druckkontakt besteht, ohne dass das untere Druckkontaktstück und die untere Kontaktplatte stoffschlüssig verbunden sind.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder gleich wirkende Teile. Es zeigen:
-
1 einen Halbleiterchip mit weiteren Teilen zur Herstellung einer Halbleiterchipanordnung, -
2 die aus dem Halbleiterchip und den weiteren Teilen gemäß1 hergestellte Halbleiterchipanordnung, -
3 eine Draufsicht auf einen Träger, auf dem mehrere gemäß2 ausgebildete Halbleiteranordnungen nebeneinander angeordnet sind, -
4 einen Vertikalschnitt durch die Anordnung gemäß3 , -
5 die Anordnung gemäß4 nach dem Aufbringen einer Einbettmasse auf die auf dem Träger befindlichen Halbleiteranordnungen vor dem Andrücken der Einbettmasse an den Träger mit einem Stempel, -
6 die Anordnung gemäß5 während des Andrückens der Einbettmasse an den Träger, -
7 die Anordnung gemäß6 nach dem Abheben des Stempels, -
8 den durch die ausgehärtete Einbettmasse und die Halbleiteranordnungen gebildeten Verbund nach dem Abnehmen des Verbundes von dem Träger, -
9 einen vergrößerten Abschnitt der Verbundes gemäß8 mit einer der Halbleiteranordnungen, -
10 den nach dem Entfernen einer oberen und einer unteren Deckschicht von dem in8 gezeigten Verbund verbleibenden Restverbund, -
11 einen vergrößerten Abschnitt der Restverbundes gemäß10 , -
12 eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Restverbunds mit einer der Halbleiteranordnungen, -
13 eine Draufsicht auf den gesamten Restverbund, -
14 den Restverbund gemäß13 mit Schnittlinien, entlang denen der Restverbund zu einzelnen Chipbaugruppen vereinzelt wird, -
15 einen Vertikalschnitt durch eine der vereinzelten Chipbaugruppen. -
16 eine Explosionsdarstellung einer mehrere vereinzelte Chipbaugruppen umfassenden Halbleiteranordnung, -
17 eine perspektivische Ansicht der in16 gezeigten unteren Kontaktplatte mit Blick auf deren den Chipbaugruppen zugewandte Seite, -
18 eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten Halbleiteranordnung gemäß16 , -
19 eine Schnittansicht der in16 gezeigten Explosionsdarstellung, -
20 eine Schnittansicht der in18 gezeigten, zusammengesetzten Halbleiteranordnung, -
21 einen vergrößerten Abschnitt der Restverbundes gemäß20 , -
22 den Restverbund gemäß13 mit Schnittlinien, entlang denen der Restverbund zu einzelnen Chipbaugruppen vereinzelt wird, wobei eine jede der Chipbaugruppen wenigstens zwei der Halbleiteranordnungen umfasst, -
23 einen Vertikalschnitt durch eine der vereinzelten Chipbaugruppen gemäß22 , -
24 einen Test an einer einzelnen Chipbaugruppe und -
25 eine zwischen einem oberen Druckkontaktstück und einem unteren Druckkontaktstück eingespannte und dadurch druckkontaktiert Halbleiteranordnung. -
1 zeigt einen Halbleiterchip1 , sowie weiteren Teile zur Herstellung einer Halbleiterchipanordnung2 , wie sie in2 dargestellt ist. Der Halbleiterchip1 umfasst einen Halbleiterkörper10 aus einem Halbleitergrundmaterial, in dem zur Realisierung eines in den Halbleiterkörper10 integrierten Leistungshalbleiterbauelements insbesondere p-leitende und n-leitende Halbleiterzonen enthalten sind. Außerdem kann der Halbleiterchip1 noch beliebig viele dielektrische Schichten aufweisen, sowie elektrisch leitende Schichten wie zum Beispiel Metallisierungen, Schichten aus dotiertem polykristallinem Halbleitermaterial wie zum Beispiel polykristallines Silizium, Silizidschichten, aber auch beliebige dielektrische Schichten wie beispielsweise Nitridschichten (z. B. Siliziumnitrid) oder Oxidschichten (z. B. Siliziumoxid), oder Passivierungsschichten wie z. B. Imidschichten. Bei dem Halbleitergrundmaterial kann es sich um jedes bekannte zur Herstellung von Halbleiterbauelementen übliche Halbleitergrundmaterial handeln, beispielsweise um beliebige Elementhalbleiter (z. B. Silizium, Germanium), um beliebige Verbindungshalbleiter (z. B. II-VI-Halbleiter wie Zinkselenid oder Cadmiuimsulfid, III-V-Halbleiter wie Galliumphosphid, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Indiumantimonid, oder IV-IV-Halbleiter wie Silziumkarbid oder Siliziumgermanium). - Der Halbleiterkörper
10 weist eine Oberseite (in1 oben) auf, sowie eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite (in1 unten). Die Oberseite ist in einer vertikalen Richtung v von der Unterseite beabstandet, wobei die vertikale Richtung v senkrecht zur Unterseite verläuft. Auf der Oberseite ist eine obere Hauptelektrode11 angeordnet, auf der Unterseite eine untere Hauptelektrode12 . Ebenfalls auf der Oberseite befindet sich eine optionale Steuerelektrode13 . Weiterhin kann auf die Oberseite eine optionale obere dielektrische Passivierungsschicht15 aufgebracht sein. Bei dieser Passivierungsschicht16 aufgebracht sein. Bei diesen Passivierungsschichten15 kann es sich zum Beispiel um ein Polyimid handeln. - Bei der oberen Hauptelektrode
11 , der unteren Hauptelektrode12 und – soweit vorhanden – der optionalen Steuerelektrode13 kann es sich beispielsweise um dünne Metallisierungsschichten handeln. Solche Metallisierungsschichten können beispielsweise bereits während der Herstellung des Halbleiterchips1 im Waferverbund mit weiteren, identischen Halbleiterchips1 auf den Halbleiterkörper10 aufgebracht werden, also noch vor dem Vereinzeln des Wafers zu voneinander unabhängigen Halbleiterchips1 . - Wie in
2 dargestellt ist, befindet sich auf der dem Halbleiterkörper10 abgewandten Seite der oberen Hauptelektrode11 ein elektrisch leitendes oberes Ausgleichsplättchen21 , das mittels einer oberen Verbindungsschicht31 stoffschlüssig mit der oberen Hauptelektrode11 verbunden ist. Entsprechend befindet sich auf der dem Halbleiterkörper10 abgewandten Seite der unteren Hauptelektrode12 ein elektrisch leitendes unteres Ausgleichsplättchen22 , das mittels einer unteren Verbindungsschicht32 stoffschlüssig mit der unteren Hauptelektrode12 verbunden ist. Soweit eine optionale Steuerelektrode13 vorhanden ist, ist noch ein elektrisch leitendes Kontaktstück23 , das mittels der oberen Verbindungsschicht31 stoffschlüssig mit der Steuerelektrode13 verbunden ist. Sofern ein derartiges Kontaktstück23 vorgesehen ist, kann das daneben liegende obere Ausgleichsplättchen21 eine Aussparung211 (1 ) aufweisen, in der das Kontaktstück23 später platziert wird. - Die Ausgleichsplättchen
21 und22 und – soweit vorhanden – das Kontaktstücke23 weisen (vor der Montage auf der oberen Hauptelektrode11 , der unteren Hauptelektrode12 bzw. der Steuerelektrode13 ) in der vertikalen Richtung relativ große Dicken d21', d22' bzw. d23' auf, beispielsweise wenigstens 0,5 mm, wenigstens 1 mm, oder wenigstens 1,5 mm. Durch die großen Dicken soll eine Beschädigung der Chipmetallisierungen11 ,12 und ggf.13 vermieden werden, wenn die Ausgleichsplättchen21 und22 und ggf. das Kontaktstücke23 , wie später noch erläutert wird, beschliffen werden. - Die Hauptfunktion der Ausgleichsplättchen
21 ,22 liegt darin, den mechanischen Stress einer Druckkontaktierung abzubauen, der durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von (Druck-)Kontaktplatten41 und42 (z. B. aus Kupfer), wie sie später noch erläutert werden, und dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips1 auftreten. Ohne diese Ausgleichsplättchen21 ,22 würden sich im besten Fall die elektrischen Eigenschaften des Chips verändern. Im schlechtesten Fall würde der Halbleiterchip1 brechen. - Optional können das obere Ausgleichsplättchen
21 und/oder das untere Ausgleichsplättchen22 einen linearen thermischen Ausdehungskoeffizienten aufweisen, der signifikant geringer ist als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient der oberen Hauptelektrode11 und der unteren Hauptelektrode12 , um eine Anpassung des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den geringen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers10 zu erreichen. Beispielsweise können das obere Ausgleichsplättchen21 und/oder das untere Ausgleichsplättchen22 , unabhängig voneinander, bei einer Temperatur von 20°C einen linearen thermischen Ausdehungskoeffizienten von weniger als 11 ppm/K oder gar von weniger als 7 ppm/K aufweisen. Das obere Ausgleichsplättchen21 und/oder das untere Ausgleichsplättchen22 können dabei beispielsweise aus einem der folgenden Materialien bestehen oder einen der folgenden Aufbauten aufweisen: Molybdän; ein Metallmaxtrixkompositmaterial (MMC), beispielsweise AlSiC (Aluminium-Silizium-Karbid); ein Mehrschichtmaterial mit zwei oder mehr Metallschichten, beispielsweise mit einer Molybdänschicht und einer Kupferschicht (damit lässt sich z. B. ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient von etwa 9.5 ppm/K erreichen). - Die obere Verbindungsschicht
31 kann beispielsweise als beliebige Lotschicht ausgebildet sein, insbesondere auch als Diffusionslotschicht, als gesinterte Schicht, die ein gesintertes Metallpulver (z. B. Silberpulver oder Silberflocken) enthält, oder eine elektrisch leitende Klebeschicht. Unabhängig davon kann auch die untere Verbindungsschicht32 als beliebige Lotschicht ausgebildet sein, insbesondere auch als Diffusionslotschicht, als gesinterte Schicht, die ein gesintertes Metallpulver (z. B. Silberpulver oder Silberflocken) enthält, oder eine elektrisch leitende Klebeschicht. Die obere Verbindungsschicht31 und die untere Verbindungsschicht32 können insbesondere aus demselben Material bestehen, es können aber auch beliebige Kombinationen der für die beiden Schichten genannten Materialen verwendet werden. - In
1 sind die Materialien, die zur Herstellung der oberen Verbindungsschicht31 bzw. der unteren Verbindungsschicht32 eingesetzt werden, mit31' bzw. mit32' bezeichnet. Damit soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die ursprünglichen Verbindungsmittel31' und32' nach der Herstellung der Verbindung in veränderter Form vorliegen können. - Bei einem als Lot ausgebildeten Verbindungsmittel
31' ,32' (beispielsweise ein Zinn enthaltendes Lot) kann die resultierende Verbindungsschicht31 bzw.32 ein Material (z. B. Kupfer) enthalten, das während des Verbindungsprozesses aus der oberen Hauptelektrode11 bzw. der unteren Hauptelektrode12 in das Lot eindiffundiert ist und damit einen Bestandteil der fertigen Verbindungsschicht31 bzw.32 darstellt. Zur Herstellung der Verbindungen kann das Lot31' ,32' beispielsweise in Form einer Lotpaste auf die Hauptelektroden11 ,12 und/oder auf die Ausgleichsplättchen aufgetragen werden (beispielsweise durch Sieb- oder Schablonendruck). Ebenso kann das Lot31' ,32' aber auch in Form eines vorgefertigten Lotplättchens ("Preform Lot") zwischen das obere Ausgleichsplättchen21 und die obere Hauptelektrode11 bzw. zwischen das untere Ausgleichsplättchen22 und die untere Hauptelektrode12 eingelegt werden. In jedem Fall werden die Lotpaste bzw. das/die Lotplättchen zur Herstellung der erläuterten Verbindungen aufgeschmolzen und nachfolgend abgekühlt, so dass zwischen dem oberen Ausgleichsplättchen21 und der oberen Hauptelektrode11 bzw. zwischen dem unteren Ausgleichsplättchen22 und der unteren Hauptelektrode12 jeweils eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. - Bei einer als gesinterte Schicht ausgebildeten Verbindungsschicht
31 bzw.32 kann das dieser zugrunde liegende Verbindungsmittel31' bzw.32' als Paste ausgebildet sein, die ein Metallpulver (z. B. Silberpulver oder Silberflocken) enthält, sowie ein Lösungsmittel. Zur Herstellung der Verbindungen kann die Paste beispielsweise auf die Hauptelektroden11 ,12 und/oder auf die Ausgleichsplättchen21 ,22 aufgetragen werden (beispielsweise durch Sieb- oder Schablonendruck). Eine aus der Paste gebildete Pastenschicht ist dann zwischen der oberen Hauptelektrode11 und dem oberen Ausgleichsplättchen21 angeordnet und kontaktiert diese. Entsprechend ist eine aus der Paste gebildete weitere Pastenschicht zwischen der unteren Hauptelektrode12 und dem unteren Ausgleichsplättchen22 angeordnet und kontaktiert diese. In diesem Zustand werden die Pastenschichten durch Verdunsten des darin enthaltenen Lösungsmittels getrocknet und dann gesintert, wobei das Sintern bei Temperaturen von deutlich unter 250°C erfolgen kann. Durch das Sintern bilden sich aus den beiden Pastenschichten die (elektrisch leitende) obere Verbindungsschicht31 bzw. die (elektrisch leitende) untere Verbindungsschicht32 . - Bei einer als elektrisch leitenden Klebeschicht ausgebildeten Verbindungsschicht
31 bzw.32 ist das dieser zugrunde liegende Verbindungsmittel31' bzw.32' als elektrisch leitender Kleber ausgebildet sein. Zur Herstellung der Verbindungen kann der Kleber beispielsweise auf die Hauptelektroden11 ,12 und/oder auf die Ausgleichsplättchen21 ,22 aufgetragen werden (beispielsweise durch Sieb- oder Schablonendruck). Eine aus dem Kleber gebildete Klebstoffschicht ist dann zwischen der oberen Hauptelektrode11 und dem oberen Ausgleichsplättchen21 angeordnet und kontaktiert diese. Entsprechend ist eine aus dem Kleber gebildete weitere Klebstoffschicht zwischen der unteren Hauptelektrode12 und dem unteren Ausgleichsplättchen22 angeordnet und kontaktiert diese. In diesem Zustand werden die Klebstoffschichten ausgehärtet. Hierdurch bilden sich aus den beiden Klebstoffschichten die (elektrisch leitende) obere Verbindungsschicht31 bzw. die (elektrisch leitende) untere Verbindungsschicht32 . - Sofern ein optionales Kontaktstück
23 vorgesehen ist, kann dieses auf dieselbe Weise stoffschlüssig mit der Steuerelektrode13 verbunden werden wie das obere Ausgleichsplättchen21 mit der oberen Hauptelektrode11 . - Wie weiterhin in
3 gezeigt ist, werden dann mehrere Halbleiteranordnungen2 , von denen jede einen Halbleiterchip1 aufweist und wie erläutert mit einem oberen und unteren Ausgleichsplättchen21 bzw.22 sowie optional mit einem Kontaktstück23 bestückt ist, nebeneinander auf dieselbe Seite eines gemeinsamen Trägers300 aufgesetzt. Optional kann das Aufsetzen – wie gezeigt – so erfolgen, dass von sämtlichen Halbleiteranordnungen2 die unteren Ausgleichsplättchen22 dem Träger300 zugewandt und die oberen Ausgleichsplättchen21 vom Träger300 weg gewandt sind. Grundsätzlich kann jedoch auch bei einem oder mehreren der Halbleiteranordnungen2 die unteren Ausgleichsplättchen22 dem Träger300 zugewandt und die oberen Ausgleichsplättchen21 vom Träger300 weg gewandt sein, während bei einem oder mehreren anderen der Halbleiteranordnungen2 die oberen Ausgleichsplättchen21 dem Träger300 zugewandt und die unteren Ausgleichsplättchen22 vom Träger300 weg gewandt sind. - Das Aufsetzen der Halbleiteranordnungen
2 auf dem Träger300 kann so erfolgen, dass sich diese relativ zueinander in vorgegebenen Positionen befinden. Um ein Verrutschen der aufgesetzten Halbleiteranordnungen2 zu vermeiden, kann die Oberfläche des Trägers300 so ausgebildet sein, dass die Halbleiteranordnungen2 daran haften. Beispielsweise kann der Träger300 hierzu eine Klebefolie aufweisen, auf die die Halbleiteranordnungen2 aufgesetzt werden. -
4 zeigt einen Vertikalschnitt durch den mit den Halbleiteranordnungen2 bestückten Träger300 . Wie weiterhin in den5 und6 gezeigt ist, wird eine zähflüssige Einbettmasse4 über die auf dem Träger300 befindlichen Halbleiteranordnungen2 aufgebracht. Danach wird die Einbettmasse4 mittels eines Stempels310 gegen den Träger300 gepresst, so dass zumindest die zwischen jeweils benachbarten Halbleiteranordnungen2 befindlichen Zwischenräume mit der Einbettmasse4 verfüllt sind. - Danach wird die Einpressmasse
4 ausgehärtet, so dass die in die Einbettmasse4 eingebetteten Halbleiterchipanordnungen2 zusammen mit der Einbettmasse4 einen festen Verbund5 bilden. Wie weiterhin in7 gezeigt ist, kann der Stempel310 nach dem Aushärten der Einpressmasse4 von dem festen Verbund5 abgehoben werden, und der Verbund5 kann von dem Träger300 abgenommen werden.8 zeigt den dann vorliegenden Verbund5 . Die Einpressmasse4 ist zumindest im ausgehärteten Zustand dielektrisch. Als Einpressmasse eignen sich beispielsweise polykondensierte Polymere (z. B. ein Epoxydharz oder ein polyurethan-basiertes Vergußmaterial. - Nun können eine obere Deckschicht
51 des Verbundes5 und/oder eine untere Deckschicht52 des Verbundes5 von dem Verbund5 entfernt werden, so dass von dem Verbund5 ein Restverbund6 verbleibt. Die8 und – in einem vergrößerten Ausschnitt – die9 zeigen den Verbund5 vor dem Entfernen hier sowohl einer oberen Deckschicht51 als auch einer unteren Deckschicht52 . Entsprechend zeigen die10 und – in einem vergrößerten Ausschnitt – die11 den Restverbund6 nach dem Entfernen hier sowohl der oberen Deckschicht51 als auch der unteren Deckschicht52 . - Soweit von dem Verbund eine obere Deckschicht
51 entfernt wird, wird dabei die ausgehärtete Einbettmasse4 teilweise von dem Verbund5 entfernt. Außerdem wird bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen2 das obere Ausgleichsplättchen21 der betreffenden Halbleiterchipanordnung2 teilweise von dem Verbund5 entfernt. - Soweit zusätzlich oder alternativ von dem Verbund eine untere Deckschicht
52 entfernt wird, wird dabei ebenfalls die ausgehärtete Einbettmasse4 teilweise von dem Verbund5 entfernt. Außerdem wird bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen2 das untere Ausgleichsplättchen22 der betreffenden Halbleiterchipanordnung2 teilweise von dem Verbund5 entfernt. - Das Entfernen der oberen Deckschicht
51 und/oder der unteren Deckschicht52 kann beispielsweise durch Bearbeiten (Schleifen, Polieren, Läppen, etc.) des Verbundes5 in einer herkömmlichen Waferschleifanlage erfolgen. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Restverbund6 (abgesehen von geringen Dishing Effekten) planparallele Oberflächen aufweist, an denen die (beschliffenen) oberen Ausgleichsplättchen21 , die (beschliffenen) unteren Ausgleichsplättchen22 und gegebenenfalls das (beschliffene) Kontaktstück23 bündig mit der Einbettmasse4 abschließen. - Nach dem Entfernen der oberen Deckschicht
51 und/oder der unteren Deckschicht52 verbleiben in dem Restverbund6 die Halbleiterchips1 , die oberen Verbindungsschichten31 und die unteren Verbindungsschichten32 einer jeden der Halbleiterchipanordnungen2 . Außerdem ist dann bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen2 , soweit eine obere Deckschicht51 entfernt wurde, der nach dem Entfernen der oberen Deckschicht51 verbleibende Rest des oberen Ausgleichsplättchens21 nicht oder zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse4 bedeckt und kann dadurch elektrisch druckkontaktiert werden. Entsprechend ist bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen2 , soweit eine untere Deckschicht52 entfernt wurde, der nach dem Entfernen der unteren Deckschicht52 verbleibende Rest des unteren Ausgleichsplättchens22 nicht oder zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse4 bedeckt und kann dadurch elektrisch druckkontaktiert werden. - Durch das Entfernen einer oberen Deckschicht
51 ist die Dicke d21 des oberen Ausgleichsplättchens21 gegenüber seiner ursprünglichen Dicke d21' (siehe1 ) verringert, sie kann aber immer noch beispielsweise wenigstens 0,05 mm betragen, wenigstens 0,1 mm, oder wenigstens 0,2 mm. Dasselbe gilt entsprechend für die Dicke d23 des Kontaktstücks23 im Vergleich zu dessen ursprünglicher Dicke d23' (siehe1 ). - Außerdem ist die Dicke d22 des unteren Ausgleichsplättchens
22 durch das Entfernen einer unteren Deckschicht52 gegenüber seiner ursprünglichen Dicke d22' (siehe1 ) verringert, sie kann aber immer noch beispielsweise wenigstens 0,05 mm betragen, wenigstens 0,1 mm, oder wenigstens 0,2 mm. -
12 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Restverbunds6 . Gestrichelt dargestellt sind die von der Einbettmasse4 verdeckten Umrisse des Halbleiterkörpers10 . Wie hier außerdem zu erkennen ist, ist der Halbleiterchip1 und damit auch der Halbleiterkörper10 ringförmig von der Einbettmasse4 umgeben. Das (beschliffene) obere Ausgleichsplättchen21 und das optionale (beschliffene) Kontaktstück23 sind bündig in die Einbettmasse4 eingebettet und frei zugänglich, so dass sie problemlos elektrisch kontaktiert werden können. -
13 zeigt eine Draufsicht auf den Restverbund6 . In14 ist dieselbe Ansicht dargestellt, jedoch sind zusätzlich gestrichelte Schnittlinien eingezeichnet, entlang denen der Restverbund6 , beispielsweise durch Sägen, Wasserstrahlschneiden oder Laservereinzeln etc., zu Chipbaugruppen3 vereinzelt werden. Einen Vertikalschnitt durch eine dieser vereinzelten Chipbaugruppen3 zeigt15 . Auch bei den einzelnen Chipbaugruppen3 umschließt die Einbettmasse4 den Halbleiterkörper10 des ursprünglichen Halbleiterchips1 seitlich umlaufend ringförmig derart, dass die dem Halbleiterkörper10 abgewandte Seiten des oberen Ausgleichsplättchens21 und des optionalen Kontaktstücks23 dieser Chipbaugruppe3 und die dem Halbleiterkörper10 abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens22 dieser Chipbaugruppe3 frei liegen und dadurch von außen elektrisch kontaktiert werden können. - Die Einbettmasse
4 dient zum einen dazu, vor allem die Kanten der Halbleiterchips1 zu schützen, aber auch dazu, die Isolationsfestigkeit der Chipbaugruppen3 sicherzustellen. Um bei der fertig gestellten Halbleiteranordnung7 eine ausreichende Isolationsfestigkeit zwischen unmittelbar benachbarten Chipbaugruppen3 sicherzustellen, kann die Einbettmasse4 senkrecht zur vertikalen Richtung v zwischen dem seitlichen Rand des Halbleiterkörpers1 und dem seitlichen Rand der Chipbaugruppen3 eine Mindestdicke d4 aufweisen. Beispielsweise kann die Dicke d4 wenigstens 100 µm betragen. Der Abstand zwischen den Halbleiterkörpern10 der unmittelbar benachbarten Chipbaugruppen3 beträgt dann wenigstens 200 µm. Unabhängig davon kann der Aufbau der Halbleiteranordnung7 so gewählt werden, dass der Abstand zwischen den Halbleiterkörpern10 der unmittelbar benachbarten Chipbaugruppen3 beträgt dann höchstens 5 mm oder höchstens 2 mm. - Unter Verwendung von zwei oder mehreren identischen Chipbaugruppen
3 , oder unter Verwendung von zwei oder mehr Chipbaugruppen3 , von denen jede nach dem vorangehend erläuterten Verfahren erzeugt wurde, lässt sich nun eine Halbleiteranordnung7 herstellen.16 zeigt eine Explosionsdarstellung einer derartigen Halbleiteranordnung7 ,19 einen Querschnitt durch die Explosionsdarstellen,18 die fertig zusammengesetzte Halbleiteranordnung7 , und20 einen Querschnitt durch die zusammengesetzte Halbleiteranordnung7 . Eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der in20 dargestellten Anordnung ist in21 gezeigt. - Wie zunächst insbesondere aus
16 hervorgeht, umfasst die Halbleiteranordnung7 zunächst zwei oder mehr derartiger Chipbaugruppen3 . Die Chipbaugruppen3 sind zwischen einer elektrisch leitenden oberen Kontaktplatte41 und einer elektrisch leitenden unteren Kontaktplatte42 angeordnet. - Die obere Kontaktplatte
41 dient dazu, von einer jeden der Chipbaugruppen3 das der oberen Kontaktplatte41 zugewandte Ausgleichsplättchen21 ,22 (hier: die oberen Ausgleichsplättchen21 ) elektrisch und mechanisch zu kontaktieren. Hierzu weist die das obere Kontaktstück41 für jede der Chipbaugruppen3 ein Kontaktpodest411 auf (siehe hierzu17 , welche das obere Kontaktstück41 in einer gegenüber16 auf den Kopf gedrehten Position zeigt), der eines der Ausgleichsplättchen21 ,22 (hier: die oberen Ausgleichsplättchen21 ) der betreffenden Chipbaugruppe3 elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Entsprechend dient die untere Kontaktplatte
42 dazu, von einer jeden der Chipbaugruppen3 das der unteren Kontaktplatte42 zugewandte Ausgleichsplättchen21 ,22 (hier: die unteren Ausgleichsplättchen22 ) elektrisch und mechanisch zu kontaktieren. Hierzu weist das untere Kontaktstück42 für jede der Chipbaugruppen3 ein Kontaktpodest421 auf, der eines der Ausgleichsplättchen21 ,22 (hier: die unteren Ausgleichsplättchen22 ) der betreffenden Chipbaugruppe3 elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Als Materialen für das obere Kontaktstück
41 und/oder das untere Kontaktstück42 eignet sich beispielsweise Kupfer, das optional oberflächlich mit einer dünnen Nickelschicht versehen sein kann. - Bei dem gezeigten Beispiel befindet sich bei einer jeden der Chipbaugruppen
3 der Halbleiteranordnung7 das obere Kontaktplättchen21 auf der der oberen Kontaktplatte41 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 , und das untere Kontaktplättchen22 auf der der unteren Kontaktplatte42 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 . - Davon abweichend können andere Halbleiteranordnungen eine erste Teilmenge der Chipbaugruppen
3 und eine zweite Teilmenge der Chipbaugruppen3 aufweisen, wobei sich bei einer jeden der Chipbaugruppen3 der ersten Teilmenge das obere Kontaktplättchen21 auf der der oberen Kontaktplatte41 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 befindet, und das untere Kontaktplättchen22 auf der der unteren Kontaktplatte42 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 , und wobei sich bei einer jeden der Chipbaugruppen3 der zweiten Teilmenge das obere Kontaktplättchen21 auf der der unteren Kontaktplatte42 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 befindet, und das untere Kontaktplättchen22 auf der der oberen Kontaktplatte41 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 . - Ebenso ist es möglich, dass sich bei einer jeden der Chipbaugruppen
3 einer Halbleiteranordnung das obere Kontaktplättchen21 auf der der unteren Kontaktplatte41 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 befindet, und das untere Kontaktplättchen22 auf der der oberen Kontaktplatte41 zugewandten Seite der Chipbaugruppe3 . - Die Halbleiteranordnung
7 weist weiterhin einen dielektrischen, beispielsweise keramischen, Abstandsring50 auf, sowie einen optionalen Führungsring60 , der dazu dient, die Chipbaugruppen3 als Einheit zusammenzuhalten, ohne dass sich die einzelnen Chipbaugruppen3 (abgesehen von nur sehr kleinen relativen Verschiebungen) relativ zueinander signifikant verschieben. Der Führungsring60 kann wie gezeigt so ausgebildet sein, dass er bündig in den Abstandsring50 eingesetzt werden kann. Alternativ zu einer separaten Ausgestaltung von Abstandsring50 und Führungsring60 können diese beiden auch einstückig ausgebildet sein, beispielsweise indem der Abstandsring50 in seinem Inneren so geformt ist, dass er die Funktion des Führungsringes60 übernimmt. - Wie auch bei allen anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Abstandsring
50 sowohl mit der oberen Kontaktplatte41 als auch mit der unteren Kontaktplatte42 stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, Kleben oder Sintern, verbunden sein. - Sofern zumindest eine der Chipbaugruppen
3 der Halbleiteranordnung7 ein Kontaktstück3 aufweist, kann zur elektrischen Kontaktierung dieses oder ggf. dieser Kontaktstücke3 noch eine optionale Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 vorgesehen sein. Eine derartige Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 dient zu einer elektrischen Kontaktierung eines oder mehrere Kontaktstücke23 , in dem vorliegend gezeigten Beispiel zur elektrischen Kontaktierung von den Kontaktstücken23 , die an der dem oberen Kontaktstück41 zugewandten Seite der Chipbaugruppen3 frei liegen. - Insbesondere können die Kontaktstücke
23 von zwei, mehr als zwei oder allen Chipbaugruppen3 der Halbleiteranordnung7 durch die Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Wie anhand des vorliegenden Beispiels weiterhin gezeigt ist, kann eine Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 eine netzartige Struktur aufweisen. Unabhängig davon kann eine Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 beispielsweise als modulare Einheit ausgebildet sein. - Wie weiterhin in
16 dargestellt ist, kann die Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 Durchgangsöffnungen75 aufweisen, durch die hindurch die Kontaktpodest411 (17 ) der oberen Kontaktplatte41 die in Richtung der oberen Kontaktplatte41 gewandten Ausgleichsplättchen21 und/oder22 der Chipbaugruppen3 elektrisch und mechanisch kontaktieren können. - Alternativ oder zusätzlich zu einer Steuerelektrodenverschaltungsstruktur
70 , die wie vorliegend gezeigt zwischen den Chipbaugruppen3 und der oberen Kontaktplatte41 angeordnet ist, könnte die Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 bzw. eine weitere Steuerelektrodenverschaltungsstruktur auch zwischen den Chipbaugruppen3 und der unteren Kontaktplatte42 angeordnet sein, um Kontaktstücke23 elektrisch anzuschließen, die an der dem unteren Kontaktstück42 zugewandten Seite der Chipbaugruppen3 frei liegen. Auch eine solche Steuerelektrodenverschaltungsstruktur könnte Durchgangsöffnungen aufweisen, durch die hindurch die Kontaktpodeste421 (16 ) der unteren Kontaktplatte42 die in Richtung der unteren Kontaktplatte42 gewandten Ausgleichsplättchen21 und/oder22 der Chipbaugruppen3 elektrisch und mechanisch kontaktieren können. - Sofern eine oder zwei Steuerelektrodenverschaltungsstrukturen
70 vorhanden sind, kann für jede der Steuerelektrodenverschaltungsstrukturen70 einen elektrisch leitenden Steuerkontakt9 (siehe19 ) vorgesehen sein, um die betreffende Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 von außerhalb der fertig gestellten Halbleiteranordnung7 (siehe18 ) elektrisch kontaktieren zu können. Der Steuerkontakt9 kann hierzu beispielsweise durch eine in dem Abstandsring50 ausgebildete Durchgangsöffnung oder Nut55 sowie im Fall eines optionalen Führungsringes60 auch durch eine in dem Führungsring60 ausgebildete Durchgangsöffnung oder Nut65 hindurch zur Außenseite der Halbleiteranordnung7 geführt werden. - Innerhalb des Abstandsringes
50 ist der Steuerkontakt9 dann elektrisch leitend an die Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 und damit an die Steuerelektroden13 angeschlossen. Zur Realisierung der elektrischen Verbindung zwischen dem Steuerkontakt9 und der Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 kann der Steuerkontakt9 beispielsweise eine Kontaktfeder91 aufweisen, die bei der Montage der Halbleiteranordnung7 oder anderweitig vorgespannt und dadurch gegen die Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 gepresst wird und diese elektrisch kontaktiert. - Wie weiterhin anhand einer in
21 gezeigten, vergrößerten Querschnittsansicht eines Abschnitts der Halbleiteranordnung7 zu erkennen ist, kann eine Steuerelektrodenverschaltungsstruktur70 zum Beispiel als Leiterplatte (z. B. FR4) ausgebildet sein, die einen dielektrischen Träger71 aufweist, sowie eine auf den Träger71 aufgebrachte und fest mit diesem verbundene Leiterstruktur72 , z. B. eine Metallisierung. - Bei einer Halbleiteranordnung
7 , wie sie vorliegend beschrieben wurde, können die einzelnen Chipbaugruppen3 lose zwischen der oberen Kontaktplatte41 und der unteren Kontaktplatte42 eingespannt und elektrisch kontaktiert sein. Die betreffenden elektrischen Kontaktierungen zwischen den Chipbaugruppen3 und der oberen Kontaktplatte41 (d. h. zwischen jedem der oberen Ausgleichsplättchen21 und der oberen Kontaktplatte41 ) sowie die zwischen den Chipbaugruppen3 und der unteren Kontaktplatte42 (d. h. zwischen jedem der unteren Ausgleichsplättchen22 und der unteren Kontaktplatte42 ) können also ausschließlich als Druckkontakte und damit ohne stoffschlüssige Verbindung ausgebildet sein. - In
21 ist ebenfalls zu erkennen, dass jeweils benachbarte Chipbaugruppen3 sehr nahe nebeneinander und mit nur einem schmalen Spalt35 , beispielsweise mit einer Breite von weniger als 100 µm, nebeneinander angeordnet sein können. Allerdings können benachbarte Chipbaugruppen3 grundsätzlich beliebige Abstände voneinander aufweisen. - Während bei dem gezeigten Beispiel jede der Chipbaugruppen
3 nur genau einen Halbleiterchip1 enthält, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass eine Chipbaugruppe3 zwei oder mehr identische oder unterschiedliche Halbleiterchips1 enthält. Ein Beispiel hierfür zeigt22 . Es handelt sich hier um den bereit in den13 und14 Restverbund6 , allerdings gegenüber14 mit dem Unterschied, dass gestrichelt dargestellten Schnittlinien so verlaufen, dass nach dem Vereinzeln des Restverbundes6 zu einzelnen Chipbaugruppen3 eine jede der vereinzelten Chipbaugruppen3 mindestens zwei (hier: vier) Halbleiterchips1 enthält.23 eine vergrößerte Schnittansicht durch eine derartige Chipbaugruppe3 . - Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die einzelnen Chipbaugruppen
3 jeweils separat hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit und/oder hinsichtlich anderer Eigenschaften getestet und nach bestimmten Kriterien wie bereits erläutert selektiert und in einer gemeinsamen Halbleiteranordnung7 eingesetzt werden.24 zeigt beispielhaft die Durchführung eines Funktionstests an einem in einer Chipbaugruppe3 enthaltenen Halbleiterchip1 mit Hilfe eines Testgeräts. - Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die verschiedenen Chipbaugruppen
3 einer Halbleiteranordnung7 nur geringe Dickentoleranzen aufweisen, vor allem dann, wenn sämtliche Chipbaugruppen3 der fertig gestellten Halbleiteranordnung7 demselben Restverbund6 entstammen. - Eine Halbleiteranordnung
7 gemäß der vorliegenden Erfindung kann nun, wie beispielhaft in25 gezeigt ist, derart zwischen einem elektrisch leitenden oberen Druckstück81 und einem elektrisch leitenden unteren Druckstück82 eingespannt werden, dass zwischen dem oberen Druckstück81 und der oberen Kontaktplatte41 sowie zwischen dem unteren Druckstück82 und der unteren Kontaktplatte42 jeweils eine elektrische Druckkontaktverbindung besteht. Die fertige Druckkontaktanordnung8 mit der Halbleiteranordnung7 , dem oberen Druckstück81 und dem unteren Druckstück82 kann dann elektrisch verschaltet werden. Beispielsweise kann die Druckkontaktanordnung8 in Reihe mit einer ohmschen und/oder induktiven Last500 zwischen ein positives Versorgungspotential V+ und ein negatives Versorgungspotential V– geschaltet werden. - Bei einer Halbleiteranordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Anzahl von voneinander getrennten Halbleiterkörpern
100 durch die Einbettmasse4 fest miteinander verbunden sein. Die Anzahl kann beispielsweise wenigstens9 , wenigstens25 oder wenigstens36 betragen.
Claims (18)
- Halbleiteranordnung umfassend: eine obere Kontaktplatte (
41 ) und eine untere Kontaktplatte (42 ); eine Anzahl von Chipbaugruppen (3 ), von denen eine jede aufweist: – einen Halbleiterchip (1 ) mit einem Halbleiterkörper (10 ), wobei der Halbleiterkörper (10 ) eine Oberseite und eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite aufweist; – eine auf der Oberseite angeordnete obere Hauptelektrode (11 ); – eine auf der Unterseite angeordnete untere Hauptelektrode (12 ); – ein elektrisch leitendes oberes Ausgleichsplättchen (21 ), das auf der dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandten Seite der oberen Hauptelektrode (11 ) angeordnet und mit dieser mittels einer oberen Verbindungsschicht (31 ) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist; – ein elektrisch leitendes unteres Ausgleichsplättchen (22 ), das auf der dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandten Seite der unteren Hauptelektrode (12 ) angeordnet und mit dieser mittels einer unteren Verbindungsschicht (32 ) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist; und – eine dielektrische Einbettmasse (4 ), die den Halbleiterchip (1 ) seitlich umlaufend ringförmig derart umschließt, dass die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21 ) und die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22 ) zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse (4 ) bedeckt sind und dadurch frei liegen; wobei eine jede der Chipbaugruppen (3 ) derart zwischen der oberen Kontaktplatte (41 ) und der unteren Kontaktplatte (42 ) angeordnet ist, dass bei dieser Chipbaugruppe (3 ) – die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21 ) die obere Kontaktplatte (41 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert; – die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22 ) die untere Kontaktplatte (42 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, bei der die Chipbaugruppen (
3 ) innerhalb einer Schicht lose nebeneinander angeordnet sind. - Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem dielektrischen Abstandsring (
50 ), der zwischen der oberen Kontaktplatte (41 ) und der unteren Kontaktplatte (42 ) angeordnet ist und der die Chipbaugruppen (3 ) umgibt. - Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 mit einem dielektrischen Führungsring (
60 ), der zwischen den Chipbaugruppen (3 ) und dem dielektrischen Abstandsring (50 ) angeordnet ist. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die obere Kontaktplatte (
41 ) auf ihrer der unteren Kontaktplatte (42 ) zugewandten Seite für eine jede der Chipbaugruppen (3 ) ein Kontaktpodest (411 ) aufweist, der die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die untere Kontaktplatte (
42 ) auf ihrer der oberen Kontaktplatte (41 ) zugewandten Seite für eine jede der Chipbaugruppen (3 ) ein Kontaktpodest (421 ) aufweist, der die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der bei einer jeder der Chipbaugruppen (
3 ) – der Halbleiterkörper (10 ) dieser Chipbaugruppe (3 ) eine an der Oberseite dieses Halbleiterkörpers (10 ) angeordnete Steuerelektrode (13 ) aufweist, mittels der ein elektrischer Strom zwischen des oberen Hauptelektrode (11 ) und der unteren Hauptelektrode (12 ) gesteuert werden kann; – ein elektrisch leitendes Kontaktstück (23 ) dieser Chipbaugruppe (1 ) auf der dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandten Seite der Steuerelektrode (13 ) angeordnet und mit dieser mittels der oberen Verbindungsschicht (31 ) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist; wobei die Halbleiteranordnung eine Steuerelektrodenverschaltungsstruktur (70 ) aufweist, die bei einer jeder der Chipbaugruppen (3 ) die dem Halbleiterkörper (10 ) dieser Chipbaugruppe (3 ) abgewandte Seite des Kontaktstücks (23 ) dieser Chipbaugruppe (3 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, bei der die Steuerelektrodenverschaltungsstruktur (
70 ) als Leiterplatte ausgebildet ist. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das obere Ausgleichsplättchen (
21 ) und/oder das untere Ausgleichsplättchen (22 ) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 11 ppm/K oder von weniger als 7 ppm/K aufweisen. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die obere Verbindungsschicht (
31 ) als Lotschicht ausgebildet ist, oder als Klebeschicht, oder als gesinterte Schicht; und/oder die untere Verbindungsschicht (32 ) als Lotschicht ausgebildet ist, oder als Klebeschicht, oder als gesinterte Schicht. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der zwei unmittelbar benachbarte der Chipbaugruppen (
3 ) einen Abstand von kleiner oder gleich 100 µm aufweisen, oder bündig aneinander anliegen. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Halbleiterkörper (
10 ) unmittelbar benachbarter der Chipbaugruppen (3 ) einen Abstand von wenigstens 200 µm aufweisen. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der bei zumindest einer der Chipbaugruppen (
3 ) die Einbettmasse (4 ) senkrecht zur vertikalen Richtung (v) zwischen dem seitlichen Rand der Einbettmasse (4 ) und dem seitlichen Rand des Halbleiterkörpers (10 ) eine Dicke (d4) von wenigstens 100 µm aufweist. - Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der bei zumindest einer der Chipbaugruppen (
3 ) das obere Ausgleichsplättchen (21 ) in der vertikalen Richtung (v) eine Dicke (d21) von wenigstens 0,5 mm, wenigstens 1 mm oder wenigstens 1,5 mm aufweist; und/oder das untere Ausgleichsplättchen (22 ) in der vertikalen Richtung (v) eine Dicke (d21) von wenigstens 0,5 mm, wenigstens 1 mm oder wenigstens 1,5 mm aufweist. - Verfahren zur Herstellung einer Anzahl von Chipbaugruppen (
3 ) mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Trägers (300 ); Bereitstellen einer dielektrischen Einbettmasse (4 ); Bereitstellen einer Anzahl von Halbleiterchipanordnungen (2 ), von denen eine jede aufweist: – einen Halbleiterchip (1 ) mit einem Halbleiterkörper (10 ), wobei der Halbleiterkörper (10 ) eine Oberseite und eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite aufweist; – eine auf der Oberseite angeordnete obere Hauptelektrode (11 ); – eine auf der Unterseite angeordnete untere Hauptelektrode (12 ); – ein elektrisch leitendes oberes Ausgleichsplättchen (21 ), das auf der dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandten Seite der oberen Hauptelektrode (11 ) angeordnet und mit dieser mittels einer oberen Verbindungsschicht (31 ) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist; und – ein elektrisch leitendes unteres Ausgleichsplättchen (22 ), das auf der dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandten Seite der unteren Hauptelektrode (12 ) angeordnet und mit dieser mittels einer unteren Verbindungsschicht (32 ) stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden ist; Anordnen der Halbleiterchipanordnungen (2 ) nebeneinander auf dem Träger (300 ); Einbetten der auf dem Träger (300 ) angeordneten Halbleiterchipanordnungen (2 ) in die Einbettmasse (4 ) und nachfolgendes Aushärten der Einbettmasse (4 ), so dass die Halbleiterchipanordnungen (2 ) zusammen mit der Einbettmasse (4 ) einen festen Verbund (5 ) bilden; Entfernen einer oberen Deckschicht (51 ) des Verbundes (5 ) von dem Verbund (5 ), so dass – von dem Verbund (5 ) ein Restverbund (6 ) verbleibt, wobei • beim Entfernen der oberen Deckschicht (51 ) die ausgehärtete Einbettmasse (4 ) teilweise von dem Verbund (5 ) entfernt wird; • beim Entfernen der oberen Deckschicht (51 ) bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen (2 ) das elektrisch leitende obere Ausgleichsplättchen (21 ) der betreffenden Halbleiterchipanordnungen (2 ) teilweise von dem Verbund (5 ) entfernt wird; – im Restverbund (6 ) die Halbleiterchips (1 ), die oberen Verbindungsschichten (31 ) und die unteren Verbindungsschichten (32 ) einer jeden der Halbleiterchipanordnungen (2 ) verbleiben; – bei dem Restverbund (6 ) bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen (2 ) der nach dem Entfernen der oberen Deckschicht (51 ) verbleibende Rest des oberen Ausgleichsplättchens (21 ) zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse (4 ) bedeckt ist und dadurch frei liegt; Vereinzeln des Restverbundes (6 ) zu einer Anzahl von Chipbaugruppen (3 ), von denen jede eine der Halbleiterchipanordnungen (2 ) enthält, sowie einen Rest der Einbettmasse (4 ), der den Halbleiterchip (1 ) der betreffenden Chipbaugruppe (3 ) seitlich umlaufend ringförmig derart umschließt, dass die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21 ) dieser Chipbaugruppe (3 ) und die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22 ) dieser Chipbaugruppe (3 ) zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse (4 ) bedeckt ist und dadurch frei liegt. - Verfahren nach Anspruch 15, das vor, zusammen mit oder nach dem Entfernen der oberen Deckschicht (
51 ) den folgenden Schritt umfasst: Entfernen einer unteren Deckschicht (52 ) des Verbundes (5 ) von dem Verbund (5 ), wobei die ausgehärtete Einbettmasse (4 ) teilweise von dem Verbund (5 ) entfernt wird und wobei bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen (2 ) das elektrisch leitende untere Ausgleichsplättchen (22 ) der betreffenden Halbleiterchipanordnungen (2 ) teilweise von dem Verbund (5 ) entfernt wird, so dass – im Restverbund (6 ) die Halbleiterchips (1 ), die oberen Verbindungsschichten (31 ) und die unteren Verbindungsschichten (32 ) einer jeden der Halbleiterchipanordnungen (2 ) verbleiben; – bei dem Restverbund (6 ) bei einer jeden der Halbleiterchipanordnungen (2 ) der nach dem Entfernen der untern Deckschicht (52 ) verbleibende Rest des unteren Ausgleichsplättchens (22 ) zumindest nicht vollständig von der Einbettmasse (4 ) bedeckt ist und dadurch frei liegt. - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, die nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen einer Anzahl von Chipbaugruppen (
3 ) jeweils nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16; Bereitstellen einer oberen Kontaktplatte (41 ) und einer unteren Kontaktplatte (42 ); Anordnen einer Auswahl mit wenigstens N ≥ 2 der Chipbaugruppen (3 ) zwischen der oberen Kontaktplatte (41 ) und der unteren Kontaktplatte (42 ) angeordnet derart, dass bei der jeweiligen Chipbaugruppe (3 ) – die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des oberen Ausgleichsplättchens (21 ) die obere Kontaktplatte (41 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert; – die dem Halbleiterkörper (10 ) abgewandte Seite des unteren Ausgleichsplättchens (22 ) die untere Kontaktplatte (42 ) elektrisch und mechanisch kontaktiert. - Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Auswahl aus der Anzahl der Chipbaugruppen (
3 ) aufgrund eines Funktionstests zusammengestellt wurde, bei dem eine jede der Chipbaugruppen (3 ) individuell einem Funktionstest erfolgreich unterzogen wurde.
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