DE102014111251B4

DE102014111251B4 - Umverdrahtungssubstrat, elektronisches Bauelement und Modul

Info

Publication number: DE102014111251B4
Application number: DE102014111251.2A
Authority: DE
Inventors: Josef Hoeglauer; Ralf Otremba
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: CN104347577A; DE102014111251A1; CN104347577B; US20150041859A1; US8975735B2

Abstract

Umverdrahtungssubstrat (100; 120), umfassend:eine erste leitfähige Schicht (101), die eine Umverdrahtungsstruktur (102) für Niederspannungssignale umfasst,eine zweite leitfähige Schicht (103), die eine Umverdrahtungsstruktur (104) für Hochspannungssignale umfasst,eine nicht leitfähige Schicht (105), wobei die zweite leitfähige Schicht (103) von der ersten leitfähigen Schicht (101) durch die nicht leitfähige Schicht (105) beabstandet ist,und einen leitfähigen Verbinder (106), der von einer Bestückungsoberfläche (107) des Umverdrahtungssubstrats (100; 120) zu der zweiten leitfähigen Schicht (103) verläuft,wobei die Bestückungsoberfläche (107) durch eine erste Oberfläche der nicht leitfähigen Schicht (105) gebildet ist,wobei der leitfähige Verbinder (106) auf der Bestückungsoberfläche von einer Niederspannungsleiterbahn (108) der ersten leitfähigen Schicht (101) umgeben ist, die beabstandet zu dem leitfähigen Verbinder (106) angeordnet ist, undwobei die zweite leitfähige Schicht (103) auf einer der Bestückungsoberfläche (107) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (109) der nicht leitfähigen Schicht (105) angeordnet ist.

Description

Ein Halbleiterchip kann in Form eines elektronischen Bauelements bereitgestellt sein, das ein Gehäuse mit Außenanschlüssen aufweist, die zum Montieren des elektronischen Bauelements auf einem Umverdrahtungssubstrat, wie z. B. einer Leiterplatte, verwendet werden. Das Gehäuse kann ein Epoxidharz umfassen, das den Halbleiterchip einkapselt und ihn vor der Umgebung schützt und das die internen elektrischen Verbindungen von dem Halbleiterchip zu Innenabschnitten der Außenanschlüsse abdeckt. Die Außenanschlüsse des Gehäuses können verschiedene Formen aufweisen, z. B. Stifte, Kontaktflächen oder Lötkugeln.
Die US 5 825 084 A beschreibt ein Substrat für elektronische Bauelemente, das Metallisierungen auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Substrats und eine Öffnung aufweist. Die Metallisierungen auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Substrats sind durch elektrisch leitende Vias, die sich benachbart zum Rand der Aussparung durch das Substrat erstrecken, oder durch Metallisierungsabschnitte, die sich am Rand der Aussparung von einer Seite des Substrats zu der anderen Seite des Substrats erstrecken, miteinander verbunden.
Die US 2004 / 0 041 277 A1 beschreibt eine mehrlagige Platine mit vergrabenen Metallisierungen und Vias, über welche die vergrabenen Metallisierungen von außen kontaktierbar sind.
Die US 5 510 758 A beschreibt eine Anordnung mit einem Halbleiterchip, der an einer Oberfläche mehrere Anschlusskontakte für ein in dem Halbleiterchip integriertes Halbleiterbauelement aufweist. Die Anschlusskontakte des Halbleiterchips sind in Flip-Chip-Technologie an korrespondierenden Anschlüssen einer Leiterplatte befestigt.
Die US 2002 / 0 101 723 A1 beschreibt eine integrierte Schaltung, die eine Koaxial-Leitung umfasst, die wenigstens teilweise in einem Silizium enthaltenden Substrat angeordnet ist. Die Koaxial-Leitung umfasst einen inneren Leiter und einen äußeren Leiter, der von dem inneren Leiter getrennt ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Umverdrahtungssubstrat, ein verbessertes Halbleiterbauelement und ein verbessertes Modul zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch ein Umverdrahtungssubstrat nach Anspruch 1, ein elektronisches Bauelement nach Anspruch 6 und ein Modul nach Anspruch 16 gelöst.
Fachleute werden nach einer Lektüre der nachstehenden ausführlichen Beschreibung sowie nach einer Betrachtung der beigefügten Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
Die Elemente der Zeichnungen sind in Bezug aufeinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen entsprechend ähnliche Elemente. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können kombiniert werden, soweit sie sich gegenseitig nicht ausschließen. Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachstehenden Beschreibung ausführlich beschrieben.

1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Umverdrahtungssubstrats.
2 veranschaulicht eine Draufsicht auf ein Umverdrahtungssubstrat.
3 veranschaulicht eine Draufsicht auf ein Umverdrahtungssubstrat.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Umverdrahtungssubstrats.
5 veranschaulicht eine Draufsicht auf ein Umverdrahtungssubstrat.
6 veranschaulicht ein elektronisches Bauelement.
7a veranschaulicht eine Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements.
7b veranschaulicht eine Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements.
8 veranschaulicht eine Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements.
9 veranschaulicht eine Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements.
10a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines elektronischen Bauelements.
10b veranschaulicht eine Anschlussfläche des elektronischen Bauelements von 10a.
11a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines elektronischen Bauelements.
11b veranschaulicht eine Anschlussfläche des elektronischen Bauelements von 11a.
12 veranschaulicht ein Modul.
13 veranschaulicht eine Anschlussfläche eines auf dem Modul von 12 montierten elektronischen Bauelements.
14a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Moduls.
14b veranschaulicht eine Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements des Moduls von 14a.
15a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Moduls.
15b veranschaulicht eine Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements des Moduls von 15a.

In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Bestandteil der Beschreibung bilden und in denen konkrete Ausführungsformen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann, als Beispiel dargestellt sind. In dieser Hinsicht werden Richtungsangaben, wie z. B. „oberer“, „unterer“, „vorderer“, „hinterer“, „vorlaufend“, „nachlaufend“ usw. mit Bezugnahme auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Bestandteile der Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Ausrichtungen positioniert werden können, werden die Richtungsangaben zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und sind keineswegs beschränkend.
Eine Reihe von Ausführungsformen wird nachstehend erläutert. In diesem Fall sind identische bauliche Merkmale mit identischen oder ähnlichen Referenzsymbolen in den Figuren gekennzeichnet. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung soll „Seiten-“ oder „Seitenrichtung“ als eine Richtung oder Ausdehnung verstanden werden, die im Allgemeinen parallel zu der Seitenausdehnung eines Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers verläuft. Die Seitenrichtung verläuft somit im Allgemeinen parallel zu diesen Oberflächen oder Seiten. Im Unterschied dazu wird der Begriff „vertikal“ oder „Vertikalrichtung“ als eine Richtung verstanden, die im Allgemeinen senkrecht zu diesen Oberflächen oder Seiten und somit zu der Seitenrichtung verläuft. Die vertikale Richtung verläuft daher in der Dickenrichtung des Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen - Zwischenelemente können zwischen den „gekoppelten“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen bereitgestellt sein.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „leitfähig“ elektrisch leitfähig, und der Begriff „nicht leitfähig“ bedeutet nicht elektrisch leitfähig.
Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „Niederspannungssignal“ ein Signal, das eine maximale Spannung von 20 V aufweist, und umfasst Massesignale, und der Begriff „Hochspannungssignal“ beschreibt ein Signal, das eine Spannung größer als 200 V, zum Beispiel 600 V, aufweist.
1 veranschaulicht ein Umverdrahtungssubstrat 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Umverdrahtungssubstrat 100 umfasst eine erste leitfähige Schicht 101, die eine Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale aufweist. Das Umverdrahtungssubstrat 100 umfasst außerdem eine zweite leitfähige Schicht 103, die eine Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale aufweist. Das Umverdrahtungssubstrat 100 umfasst eine nicht leitfähige Schicht 105. Die zweite leitfähige Schicht 103 ist von der ersten leitfähigen Schicht 101 durch die nicht leitfähige Schicht 105 beabstandet. Das Umverdrahtungssubstrat 100 umfasst außerdem einen leitfähigen Verbinder 106, der von einer Bestückungsoberfläche 107 des Umverdrahtungssubstrats 100 zu der zweiten leitfähigen Schicht 103 verläuft. Der leitfähige Verbinder 106 ist von einer Niederspannungsleiterbahn 108 der ersten leitfähigen Schicht 101 umgeben.
Das Umverdrahtungssubstrat 100 kann durch eine Leiterplatte bereitgestellt sein und umfasst zwei Umverdrahtungsstrukturen, eine erste Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale und eine zweite Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale. Die zweite Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale ist von der ersten Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale durch die nicht leitfähige Schicht 105 beabstandet. Der leitfähige Verbinder 106 verläuft von der Bestückungsoberfläche 107 des Umverdrahtungssubstrats 100, auf der bei dieser Ausführungsform die erste leitfähige Schicht 101 angeordnet ist. Der leitfähige Verbinder 106 dient dazu, eine Verbindung von einem Hochspannungsanschluss an einem auf der Bestückungsoberfläche 107 montierten Bauelement zu der gegenüberliegenden Oberfläche 109 der nicht leitfähigen Schicht 105, auf der die Umverdrahtungsstruktur 104 für die Hochspannungssignale angeordnet ist, bereitzustellen.
Der leitfähige Verbinder 106 kann eine leitfähige Durchkontaktierung sein, die in dem Umverdrahtungssubstrat 100 angefertigt ist. Der leitfähige Verbinder 106 kann einen Teil eines elektronischen Bauelements bilden, das auf dem Umverdrahtungssubstrat montiert ist.
Die nicht leitfähige Schicht 105 kann ein dielektrisches Material umfassen, wie z. B. FR4, das in einem Epoxidharz eingebettete Glasfasern umfasst. Die erste leitfähige Schicht 101, die zweite leitfähige Schicht 103 und der leitfähige Verbinder 106 können metallisch sein und können ein Metall, wie z. B. Kupfer, umfassen. Die erste leitfähige Schicht 101, die zweite leitfähige Schicht 103 und der leitfähige Verbinder 106 können eine metallische Mehrschichtstruktur aufweisen.
Die Niederspannungsleiterbahn 108 bildet einen Teil der Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale und kann auf der Bestückungsoberfläche 107 angeordnet sein. Die Niederspannungsleiterbahn 108 umgibt den leitfähigen Verbinder 106 und insbesondere eine Oberfläche des leitfähigen Verbinders 106, die von der nicht leitfähigen Schicht 105 an der Bestückungsoberfläche 107 freiliegend ist. Die Niederspannungsleiterbahn 108 kann so angeordnet sein, dass sie an mehr als 50 % oder mehr als 75 % des Außenumfangs der Bestückungsoberfläche 107 angrenzend ist. Die Niederspannungsleiterbahn 108 ist leitfähig und kann verwendet werden, um eine elektrische Abschirmung für den leitfähigen Verbinder 106 bereitzustellen, der mit der Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale gekoppelt ist.
Die Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale ist aufgrund der Dicke der nicht leitfähigen Schicht 105 in einem Abstand von der Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale angeordnet. Diese Anordnung kann verwendet werden, um die Kriechstrecke zwischen der Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale und der Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale zu vergrößern.
Wie hier verwendet, ist die Kriechstrecke als der kürzeste Pfad zwischen zwei leitfähigen Materialien definiert, der entlang der Oberfläche eines Isolators, der zwischen den zwei leitfähigen Materialien angeordnet ist, gemessen wird. Im Fall der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Isolator durch den Abschnitt der nicht leitfähigen Schicht 105 bereitgestellt, der zwischen der Oberfläche des an der Bestückungsoberfläche 107 freiliegenden leitfähigen Verbinders 106 und der leitfähigen Niederspannungsleiterbahn 108 angeordnet ist.
Ein Aufrechterhalten einer Mindestkriechstrecke kann dabei helfen, das Risiko einer Fehlfunktion im Laufe der Zeit zu reduzieren. Die Bildung eines leitfähigen Pfads entlang der Isolatoroberfläche aufgrund der über längere Zeitdauern angelegten hohen Spannung, d. h. Kriechen, steht mit dem Effektivwert (RMS) im Zusammenhang und kann außerdem von Umgebungsbedingungen abhängig sein, die durch einen Grad der Verunreinigung und die Materialeigenschaften des Isolators beschrieben werden können.
Durch Anordnen der Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale und der Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale auf gegenüberliegenden Oberflächen der nicht leitfähigen Schicht 105 kann die Kriechstrecke gegenüber einer Anordnung vergrößert werden, in der beide Umverdrahtungsstrukturen 102, 104 auf einer einzelnen Oberfläche angeordnet sind, ohne dass die Seitenabmessung der einzelnen Oberfläche vergrößert werden muss.
2 und 3 veranschaulichen Draufsichten auf einen Abschnitt des Umverdrahtungssubstrats 100 von 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen und veranschaulichen die Bestückungsoberfläche 107 und die Seitenanordnung der Niederspannungsleiterbahn 108 der ersten leitfähigen Schicht 102 und des leitfähigen Verbinders 106.
Die Niederspannungsleiterbahn 108 ist auf der Bestückungsoberfläche 107 angeordnet und umgibt seitlich die freiliegende distale Stirnfläche 113 des leitfähigen Verbinders 106. Die Niederspannungsleiterbahn 108 kann die Form eines durchgehenden Rings aufweisen, wie in 3 dargestellt, oder sie kann diskontinuierlich sein, wie in 2 dargestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Niederspannungsleiterbahn 108 vier L-förmige Abschnitte 114, die durch Bereiche 110 der nicht leitfähigen Schicht 105 getrennt sind. Die vier L-förmigen Abschnitte 114 sind um die Ecken der quadratischen distalen Stirnfläche 113 des leitfähigen Verbinders 106 herum angeordnet.
In den Zeichnungen ist die beispielhafte Niederspannungsleiterbahn 108 als ein quadratischer Ring mit scharfen Ecken dargestellt und die beispielhafte distale Stirnfläche 113 des leitfähigen Verbinders 106 ist als ein Quadrat oder ein Rechteck mit scharfen Ecken dargestellt. Jedoch sind die Niederspannungsleiterbahn 108 und die distale Stirnfläche 113 des leitfähigen Verbinders 106 nicht auf diese Außenumrisslinie beschränkt und können andere Außenumrisslinien aufweisen, bei denen die Ecken abgerundet sind, die distale Stirnfläche 113 kreisförmig, oval, sechseckig usw. ist und bei denen die Niederspannungsleiterbahn 108 ein kreisförmiger Ring, ein ovaler Ring, ein sechseckiger Ring ist oder eine unregelmäßige Außenumrisslinie und eine Innenumrisslinie aufweist, die mit der Außenumrisslinie der distalen Stirnfläche 113 koaxial ist.
Die Niederspannungsleiterbahn 108 kann auf Massepotential liegen und kann elektrische Abschirmung für den leitfähigen Verbinder 106 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Niederspannungsleiterbahn 108 einen Innenrand 111 auf, der in einem Mindestabstand d von einem Außenrand 112 der distalen Stirnfläche 113 des leitfähigen Verbinders 106 angeordnet ist. Der Abstand d ist der kürzeste Pfad zwischen dem Innenrand 111 der leitfähigen Niederspannungsleiterbahn 108 und dem Außenrand 112 der distalen Stirnfläche 113 des leitfähigen Verbinders 106 und stellt die Kriechstrecke dar.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht und 5 eine Draufsicht auf ein Umverdrahtungssubstrat 120 gemäß einer Ausführungsform. Das Umverdrahtungssubstrat 120 umfasst eine erste leitfähige Schicht 101, die eine erste Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale aufweist, und eine zweite leitfähige Schicht 103, die eine zweite Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale aufweist und die von der ersten leitfähigen Schicht 101 durch eine erste nicht leitfähige Schicht 105 getrennt ist. Das Umverdrahtungssubstrat 120 umfasst außerdem einen leitfähigen Verbinder 106 in Form einer leitfähigen Durchkontaktierung, die durch die erste nicht leitfähige Schicht 105 verläuft. Das Umverdrahtungssubstrat 120 umfasst ferner eine zweite nicht leitfähige Schicht 121, die auf der zweiten leitfähigen Schicht 103 angeordnet ist. Die zweite leitfähige Schicht 103, die die Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale aufweist, ist zwischen der ersten nicht leitfähigen Schicht 105 und der zweiten nicht leitfähigen Schicht 121 angeordnet.
Das Umverdrahtungssubstrat 120 umfasst außerdem eine zweite elektrisch leitfähige Durchkontaktierung 122, die von der Bestückungsoberfläche 107 zu der zweiten leitfähigen Schicht 103 durch die erste nicht leitfähige Schicht 105 verläuft. Die erste leitfähige Schicht 101 umfasst ferner eine zweite Niederspannungsleiterbahn 123, die die zweite leitfähige Durchkontaktierung 122 umgibt. Die erste Niederspannungsleiterbahn 108 und die zweite Niederspannungsleiterbahn 123 sind auf der Bestückungsoberfläche 107 des Umverdrahtungssubstrats 120 angeordnet.
Die zweite elektrisch leitfähige Durchkontaktierung 122 kann außerdem von der zweiten leitfähigen Schicht 103 durch die zweite nicht leitfähige Schicht 121 zu der unteren Oberfläche 126 des Umverdrahtungssubstrats 120 verlaufen.
5 veranschaulicht eine Draufsicht auf das Umverdrahtungssubstrat 120. Wie in der Draufsicht von 5 zu sehen ist, umgibt die zweite leitfähige Niederspannungsleiterbahn 123 die leitfähige Durchkontaktierung 122, die sich außerhalb der Sicht in 5 befindet, und ist in einem Abstand von ihr angeordnet. Die erste nicht leitfähige Schicht 105 stellt elektrische Isolation der leitfähigen Niederspannungsleiterbahn 123 von der leitfähigen Durchkontaktierung 122 bereit, die mit der zweiten Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale gekoppelt ist.
Die erste Niederspannungsleiterbahn 108 und die zweite Niederspannungsleiterbahn 123 können dieselbe Form, zum Beispiel eines durchgehenden Rings, wie in 5 dargestellt, aufweisen, oder sie können unterschiedliche Formen aufweisen. Zum Beispiel kann eine der Niederspannungsleiterbahnen eine diskontinuierliche Leiterbahn sein. Zum Beispiel können eine oder beide der Niederspannungsleiterbahnen 108, 123 vier Abschnitte aufweisen, die die in 2 dargestellte Anordnung aufweisen.
Die erste Niederspannungsleiterbahn 108 und die zweite Niederspannungsleiterbahn 123 können eine Außenumrisslinie aufweisen, bei der die Ecken abgerundet sind, oder sie können die Form eines kreisförmigen Rings, eines ovalen Rings, eines sechseckigen Rings aufweisen, oder sie können eine unregelmäßige Außenumrisslinie aufweisen und eine Innenumrisslinie aufweisen, die mit der Außenumrisslinie der distalen Stirnfläche koaxial ist.
Die zweite elektrisch leitfähige Durchkontaktierung 122 kann verwendet werden, um die zweite Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale mit einem Verbinder zu verbinden, so dass das Umverdrahtungssubstrat 120 und die zweite Umverdrahtungsstruktur 104, die die zwei elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen 106, 122 aufweist, mit einer hohen Spannung versorgt werden können.
Das Umverdrahtungssubstrat 120 kann ein weiteres Anschlusspad 124, das direkt an der ersten elektrisch leitfähigen Durchkontaktierung 106 angeordnet ist, und ein zweites Anschlusspad 125, das direkt an der leitfähigen Durchkontaktierung 122 angeordnet ist, aufweisen, die einen Teil der zweiten Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale bilden, aber auf der Bestückungsoberfläche 107 zusammen mit der ersten Umverdrahtungsstruktur 102 angeordnet sind.
Die Niederspannungsleiterbahnen 108 und 123 sind in einem vorgegebenen Mindestabstand d von den entsprechenden Anschlusspads 124, 125 angeordnet. Insbesondere verläuft der Abstand d zwischen dem Außenrand der Anschlusspads 124, 125 und dem Innenrand der leitfähigen Leiterbahn 108 bzw. 123. Das Material der ersten nicht leitfähigen Schicht 105 isoliert die Anschlusspads 124, 125 elektrisch von den Niederspannungsleiterbahnen 108, 123. Der kürzeste Abstand zwischen dem Anschlusspad 124 und der ersten Niederspannungsleiterbahn 108 stellt die Kriechstrecke dieser Anordnung dar. Gleichermaßen stellt der kürzeste Abstand zwischen dem Anschlusspad 125 und der zweiten Niederspannungsleiterbahn 123 die Kriechstrecke dieser Anordnung dar.
Die Anschlusspads 124, 125 können durch Strukturieren von Abschnitten der ersten leitfähigen Schicht 101 angefertigt werden. Die erste Umverdrahtungsstruktur 102 umfasst weitere Leiterbahnen 127 für Niederspannungssignale, zum Beispiel für ein Massesignal oder für Steuersignale weiterer Niederspannungsbauelemente, die auf dem Umverdrahtungssubstrat 120 montiert werden sollen.
Die Anordnung der zweiten Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale, der ersten Umverdrahtungsstruktur 102 für Niederspannungssignale, der leitfähigen Durchkontaktierungen 106, 122 und Anschlusspads 124, 125 kann für Anwendungen verwendet werden, die mindestens ein mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement umfassen. Ein Beispiel für ein derartiges mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement ist ein Galliumnitrid-basierter Transistor, wie z. B. ein Galliumnitrid-basierter HEMT (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit), der von einer Spannung von bis zu 600 V angesteuert werden kann.
Das Umverdrahtungssubstrat 120 ist nicht darauf beschränkt, dass es ein oder zwei elektrisch leitfähige Verbinder aufweist, und es kann mehr als zwei leitfähige Verbinder aufweisen, die mit der zweiten Umverdrahtungsstruktur 104 für Hochspannungssignale elektrisch gekoppelt sind.
Ein elektronisches Bauelement wird auch bereitgestellt, das zum Montieren auf dem in 1 bis 5 dargestellten Umverdrahtungssubstrat geeignet ist.
6 veranschaulicht ein elektronisches Bauelement 130, das ein mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement 131 und eine Anschlussfläche 132 aufweist. Die Anschlussfläche 132 umfasst einen Hochspannungsanschluss 133 und ein Niederspannungsanschlusspad 134, das den Hochspannungsanschluss 133 umgibt und von diesem beabstandet ist.
Die Anschlussfläche eines elektronischen Bauelements, d.h. das so genannte „Footprint“ eines elektronischen Bauelements, kann die Seitenausdehnung und die Anordnung der Außenanschlüsse des elektronischen Bauelements auf der Bestückungsoberfläche des elektronischen Bauelements beschreiben. Wenn zum Beispiel das elektronische Bauelement ein oberflächenmontierbares Bauelement ist, kann die Anschlussfläche des elektronischen Bauelements eine Seitenfläche und eine Anordnung einer Mehrzahl von Außenanschlüssen, die eine vorgegebene Seitenanordnung aufweisen, umfassen.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement 130 einen Hochspannungsanschluss 133 und ein Niederspannungsanschlusspad 134, das in einem Abstand von einem Außenrand 135 des Hochspannungsanschlusses 133 angeordnet ist, so dass das Niederspannungsanschlusspad 134 den Hochspannungsanschluss 133 umgibt und von dem Hochspannungsanschluss 133 durch Bereiche eines nicht leitfähigen Gehäuses, die zwischen dem Niederspannungsanschlusspad 134 und dem Hochspannungsanschluss 133 angeordnet sind, elektrisch isoliert sein kann.
Das Niederspannungsanschlusspad 134 kann eine durchgehende Ringform aufweisen oder es kann diskontinuierlich sein. Das Niederspannungsanschlusspad 134 kann von dem Hochspannungsanschluss 133 elektrisch isoliert sein. Das elektronische Bauelement 130 kann außerdem ein Steueranschlusspad (nicht dargestellt), das in einem Abstand von einem Außenrand des Niederspannungsanschlusspads 134 angeordnet ist, und/oder eine Mehrzahl von Signalpads, die in einem Abstand von einem Außenrand des Niederspannungsanschlusspads 134 angeordnet ist, aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das elektronische Bauelement 130 mindestens einen weiteren Hochspannungsanschluss aufweisen (nicht dargestellt). Der Hochspannungsanschluss 133 und der mindestens eine weitere Hochspannungsanschluss können von dem Niederspannungsanschlusspad 134 umgeben sein. Bei Ausführungsformen, in denen das elektronische Bauelement 130 ein Signalpad aufweist (nicht dargestellt), kann das Signalpad in einem Abstand d1 auf mindestens drei Seiten von dem Niederspannungsanschlusspad 134 angeordnet sein und der Hochspannungsanschluss 133 kann in einem Abstand d2 auf allen Seiten von dem Niederspannungsanschlusspad 134 angeordnet sein.
Das elektronische Bauelement 130 kann außerdem ein Gehäuse (nicht dargestellt) aufweisen, zum Beispiel ein Epoxidharz. Das Niederspannungsanschlusspad 134 kann durch oberflächenmontierbaren Kontaktflächen bereitgestellt sein und der Hochspannungsanschluss 133 kann durch einen Stift, der vom Gehäuse hervorsteht, bereitgestellt sein. In dieser Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement 130 zwei verschiedene Arten von Außenanschlüssen. Bei einigen Ausführungsformen sind das Niederspannungsanschlusspad 134 und der Hochspannungsanschluss 133 durch Kontaktflächen bereitgestellt.
Das mit hoher Spannung angesteuerte Halbleiterbauelement kann ein Gruppe-III-Nitrid-Transistor sein, wie z. B. ein Gruppe-III-Nitrid-HEMT-Bauelement. Der Begriff „Gruppe-III-Nitrid“ bezieht sich auf ein Materialbauelement oder eine Materialstruktur, das/die ein Verbindungshalbleitermaterial gemäß der stöchiometrischen Formel Al_xIn_yGa_zN, wo x + y + z = 1, umfasst.
Bei Ausführungsformen, in denen das mit hoher Spannung angesteuerte Halbleiterbauelement ein Transistor ist, kann der Transistor eine Drainelektrode, eine Sourceelektrode und eine Gateelektrode aufweisen. Die Drainelektrode ist elektrisch mit dem Hochspannungsanschluss gekoppelt und die Sourceelektrode ist elektrisch mit dem Niederspannungsanschlusspad gekoppelt. Die Gateelektrode kann mit einem weiteren Gateanschlusspad elektrisch gekoppelt sein.
7a und 7b veranschaulichen jeweils eine entsprechende Draufsicht auf ein elektronisches Bauelement 140, 140', das ein nicht dargestelltes, mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement umfasst, und insbesondere auf die untere Oberfläche 141 und Anschlussfläche 142 des elektronischen Bauelements 140, 140'. In dem in 7a dargestellten elektronischen Bauelement 140 umfasst das elektronische Bauelement 140 ein Hochspannungsanschluss 143, das in der Mitte der unteren Oberfläche 141 des elektronischen Bauelements 140 angeordnet ist und das durch ein Niederspannungsanschlusspad 144 in Form eines durchgehenden quadratischen Rings, der in einem Abstand von einem Außenrand 145 des Hochspannungsanschlusses 143 angeordnet ist, umgeben ist. Das Niederspannungsanschlusspad 144 weist einen Innenrand 146 auf, der von dem Außenrand 145 des Hochspannungsanschlusses 143 beabstandet ist und von dem Hochspannungsanschluss 143 durch einen Bereich 148 des Gehäuses 147 des elektronischen Bauelements 140 elektrisch isoliert ist.
Bei der in 7b dargestellten Ausführungsform ist das Niederspannungsanschlusspad 144 des elektronischen Bauelements 140' diskontinuierlich und umfasst vier Abschnitte 149, die voneinander durch Bereiche 148 des Gehäuses 147 des elektronischen Bauelements 140 beabstandet sind. Das Niederspannungsanschlusspad 144 umfasst vier L-förmige Abschnitte 149, die in einem Mindestabstand d von dem Hochspannungsanschluss 143 angeordnet sind. Jeder L-förmige Abschnitt verläuft um eine Ecke des quadratischen Hochspannungsanschlusses 143 herum.
Die Seitenanordnung des Niederspannungsanschlusspads 144 und des Hochspannungsanschlusses 143 der elektronischen Bauelemente 140, 140' entspricht der Seitenanordnung der leitfähigen Leiterbahn 108 und des elektrisch leitfähigen Verbinders 106 des in 2 und 3 dargestellten Umverdrahtungssubstrats 100. Die elektronischen Bauelemente 140, 140' können auf der entsprechenden Anordnung des Umverdrahtungssubstrats 100 montiert sein.
8 veranschaulicht ein elektronisches Bauelement 150, das ein mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement in Form eines Transistors (außerhalb der Sicht) aufweist, insbesondere eines Gruppe-III-Nitrid-HEMT. Das elektronische Bauelement 150 weist einen Hochspannungsanschluss 151 auf, der von einem in einem Mindestabstand d von dem Hochspannungsanschluss 151 angeordneten Niederspannungsanschluss 152 umgeben ist. Der Hochspannungsanschluss 151 und das Niederspannungsanschlusspad 152 sind an einer Bestückungsoberfläche 156 des elektronischen Bauelements 150 angeordnet und sind in einem nicht leitfähigen Epoxidharz 157 eingebettet, das ein Gehäuse des elektronischen Bauelements 150 bildet. Das Niederspannungsanschlusspad 152 weist eine durchgehende Ringform auf und ist im Allgemeinen quadratisch. Der Hochspannungsanschluss 151 ist in der Mitte der Bestückungsoberfläche 156 angeordnet. Die Anschlussfläche 153 umfasst außerdem ein Gateanschlusspad 154, das in einem Abstand von einem Außenrand 155 des Niederspannungsanschlusspads 152 auf einer Seite der quadratischen Ringform des Niederspannungsanschlusspads 152 angeordnet ist. Das Epoxidharz 157 des Gehäuses verläuft zwischen dem Gateanschlusspad 154 und dem Niederspannungsanschlusspad 152 und zwischen dem Niederspannungsanschlusspad 152 und dem Hochspannungsanschluss 151.
Der Transistor umfasst eine Drainelektrode, die mit dem Hochspannungsanschluss 151 elektrisch gekoppelt ist, eine Sourceelektrode, die mit dem Niederspannungsanschlusspad 152 elektrisch gekoppelt ist, und eine Gateelektrode, die mit dem Gateanschlusspad 154 elektrisch gekoppelt ist.
9 veranschaulicht ein elektronisches Bauelement 160 und insbesondere eine Draufsicht auf eine untere Oberfläche 161 des elektronischen Bauelements 160, die eine Anschlussfläche 162 aufweist. Das elektronische Bauelement 160 umfasst vier Hochspannungsanschlüsse 163, die in einem regelmäßigen Raster in der Mitte der Anschlussfläche 162 angeordnet sind, und einen einzelnen Niederspannungsanschlusspad 164 in Form eines quadratischen Rings, der die vier Hochspannungsanschlüsse 163 umgibt.
Das Niederspannungsanschlusspad 164 stellt ein Massepad für das elektronische Bauelement 160 bereit. Das Niederspannungsanschlusspad 164 ist in einem Mindestabstand d von den Außenrändern der Hochspannungsanschlüsse 163 angeordnet. Der Abstand d stellt die Kriechstrecke zwischen den Hochspannungsanschlüssen 163 und dem Niederspannungsanschlusspad 164 dar. Das elektronische Bauelement 160 umfasst außerdem eine Mehrzahl von Signalanschlusspads 165, die in Abständen auf allen vier Seiten des Umfangsbereichs der unteren Oberfläche 161 angeordnet sind und in einem Abstand von einem Außenrand 166 des Niederspannungsanschlusspads 164 angeordnet sind.
10a veranschaulicht eine Querschnittsansicht und 10b eine Draufsicht auf ein elektronisches Bauelement 170 gemäß einer Ausführungsform. Das elektronische Bauelement 170 umfasst ein Halbleiterbauelement 171 und eine Anschlussfläche 172, die oberflächenmontierbare Anschlusspads in Form von in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Kontaktflächen aufweist. Die Anschlussfläche 172 umfasst ein einzelnes Hochspannungsanschlusspad 173 und ein Niederspannungsanschlusspad 174 in Form eines durchgehenden Rings, das in einem Abstand d von einem Außenrand 175 des Hochspannungsanschlusses 173 angeordnet ist. Das Niederspannungsanschlusspad 174 ist mit dem quadratischen Hochspannungsanschlusspad 173 koaxial. Das elektronische Bauelement 170 umfasst außerdem eine Mehrzahl von Signalanschlusspads 176, die in Abständen im Umfangsbereich der Anschlussfläche 172 auf allen vier Seiten des Bauelements angeordnet sind.
Wie in der Querschnittsansicht von 10a dargestellt, umfasst das elektronische Bauelement 170 einen Trägerstreifen 179 mit Abschnitten 180, die ein Nacktchippad 181 umgeben, auf dem das Halbleiterbauelement 171 montiert ist. Die untere Oberfläche 182 des Trägerstreifens 179 stellt das Hochspannungsanschlusspad 173, das Niederspannungsanschlusspad 174 und die Signalanschlusspads 176 bereit.
Das Halbleiterbauelement 171 ist mit dem Niederspannungsanschlusspad 174 über eine erste Mehrzahl von Bonddrähten 177 und mit der Mehrzahl von Signalanschlusspads 176 über eine zweite Mehrzahl von Bonddrähten 178 elektrisch verbunden. Das Halbleiterbauelement 171 ist auf einem Abschnitt eines Trägerstreifens 179 montiert, der ein Nacktchippad 181 bereitstellt, und ist mit diesem Abschnitt des Trägerstreifens 179 elektrisch verbunden. Das elektronische Bauelement 170 umfasst ein Kunststoffgehäuse, das das Halbleiterbauelement 171, die erste Mehrzahl von Bonddrähten 177, die zweite Mehrzahl von Bonddrähten 178 und die oberen Abschnitte des Trägerstreifens 179 einkapselt.
Die untere Oberfläche 182 des Nacktchippads 181 des Trägerstreifens 179 ist von dem Gehäuse 183 freiliegend und bildet den Hochspannungsanschluss 173, der an der unteren Oberfläche 182 des elektronischen Bauelements 170 freiliegend ist. Die weiteren Anschlusspads 174, 176 sind auch durch freiliegende Abschnitte 180 des Trägerstreifens 179 bereitgestellt. Die untere Oberfläche 182 des Trägerstreifens 179 kann eine lötbare Beschichtung aufweisen. Zum Beispiel kann der Trägerstreifen 179 Kupfer aufweisen und die lötbare Beschichtung kann eine Nickel-Phosphor-Legierung aufweisen.
11a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines elektronischen Bauelements 190 und 11b veranschaulicht eine Draufsicht auf die untere Oberfläche 191 des elektronischen Bauelements 190. Das elektronische Bauelement 190 umfasst ein Halbleiterbauelement 192, einen Trägerstreifen 193 und ein durch Epoxidharz 194 bereitgestelltes Gehäuse. Der Trägerstreifen 193 umfasst Abschnitte, die von dem Epoxidharz 194 freiliegend sind und die die Außenanschlüsse des elektronischen Bauelements 190 bereitstellen. Wie in der Querschnittsansicht von 11a dargestellt, umfasst das elektronische Bauelement 190 Außenanschlüsse in Form von oberflächenmontierbaren Kontaktflächen 195, die in einer gemeinsamen, zu der unteren Oberfläche 191 des Epoxidharzes 194 parallelen Ebene liegen.
Das elektronische Bauelement 190 umfasst außerdem einen hervorstehenden Abschnitt 196, der einen Außenanschluss in Form eines Stiftes 197 bereitstellt. Der Stift 197 steht von einem Abschnitt des Trägerstreifens 193 und insbesondere von einer unteren Oberfläche eines Nacktchippadbereichs 198 des Trägerstreifens 193 hervor, auf dem das Halbleiterbauelement 192 montiert ist.
Das Halbleiterbauelement 192 kann ein Transistor mit einer Elektrode an seiner hinteren Oberfläche sein. Das Halbleiterbauelement 192 ist mit dem Nacktchippad 198 elektrisch verbunden. Das Epoxidharz 194 deckt die lange Oberfläche des Stiftes 197 ab und eine untere Oberfläche des Stiftes 197 ist freiliegend und stellt den Hochspannungsanschluss 205 des elektronischen Bauelements 190 bereit. Der Hochspannungsanschluss 205 ist in einer anderen Ebene angeordnet als die Kontaktflächen 195, die Niederspannungsanschlusspads bereitstellen.
11b veranschaulicht die Anschlussfläche 199 des elektronischen Bauelements 190. Die Anschlussfläche 199 umfasst einen mittigen Hochspannungsanschluss 205, der durch den hervorstehenden Abschnitt 196 und Stift 197 bereitgestellt ist und der durch einen Abschnitt 200 des Epoxidharzes 194 des Gehäuses des elektronischen Bauelements 190 umgeben ist. Die Anschlussfläche 199 umfasst außerdem ein Anschlusspad 201 in Form einer Kontaktfläche 195, das auch auf drei Seiten durch einen Abschnitt 202 des das Gehäuse 194 bildenden Epoxidharzes umgeben ist. Jede der vier Ecken der Anschlussfläche 199 umfasst außerdem Epoxidharz 203, wobei die verbleibenden Bereiche der unteren Oberfläche 191 des elektronischen Bauelements 190 aus einem leitfähigen Material gebildet sind und das Niederspannungsanschlusspad 204 in Form einer Kontaktfläche 195 bereitstellen. In dieser Ausführungsform weist das Niederspannungsanschlusspad 204 eine unregelmäßige Form auf und beansprucht einen Großteil der unteren Oberfläche 191 des elektronischen Bauelements 190. Das Niederspannungsanschlusspad 204 verläuft zu dem Umfangsrand der Anschlussfläche 199 auf allen vier Seiten des elektronischen Bauelements 190 hin. Bei anderen Ausführungsformen verläuft das Niederspannungspad lediglich zu einem, zwei oder drei Umfangsrändern hin.
Das elektronische Bauelement 190 kann außerdem eine leitfähige Erhebung 206 umfassen, der auf der freiliegenden Oberfläche des Stiftes 197 angebracht ist. Die Erhebung 206 kann den Hochspannungsanschluss 205 bereitstellen.
12 veranschaulicht ein Modul 210 gemäß einer Ausführungsform. Das Modul 210 umfasst ein Umverdrahtungssubstrat 211 und ein Hochspannungshalbleiterbauelement 212.
Das Umverdrahtungssubstrat 211 umfasst eine erste elektrisch nicht leitfähige Schicht 213, eine erste elektrisch leitfähige Schicht 214, die auf der oberen Oberfläche 215 der elektrisch nicht leitfähigen Schicht 213 angeordnet ist, und eine zweite leitfähige Schicht 216, die auf einer unteren Oberfläche der nicht leitfähigen Schicht 213 angeordnet ist. Das Umverdrahtungssubstrat 211 umfasst eine zweite nicht leitfähige Schicht 217, die auf der unteren Oberfläche der zweiten leitfähigen Schicht 216 angeordnet ist, eine dritte leitfähige Schicht 218, die auf der unteren Oberfläche der zweiten nicht leitfähigen Schicht 217 angeordnet ist, eine dritte nicht leitfähige Schicht 219, die auf der dritten leitfähigen Schicht 218 angeordnet ist, und eine vierte leitfähige Schicht 220, die auf der unteren Oberfläche der dritten nicht leitfähigen Schicht 219 angeordnet ist. Die leitfähigen Schichten 214, 216, 218, 220 sind von den nicht leitfähigen Schichten 213, 217, 219 durchsetzt und stellen eine mehrschichtige Umverdrahtungsstruktur bereit.
Die erste leitfähige Schicht 214 ist auf der oberen Oberfläche 215 des Umverdrahtungssubstrats 211 angeordnet und umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 221 für Niederspannungssignale. Die zweite leitfähige Schicht 216 ist innerhalb des Umverdrahtungssubstrats 211 angeordnet und von der ersten leitfähigen Schicht 214 durch die erste nicht leitfähige Schicht 213 beabstandet. Die zweite leitfähige Schicht 216 ist dafür konfiguriert, Hochspannungssignale zu übertragen. Die HochspannungsUmverdrahtungsstruktur des Umverdrahtungssubstrats 211 umfasst Leiterbahnen 222 innerhalb der zweiten leitfähigen Schicht 216 und mindestens zwei elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen 223, 224, die von der oberen Oberfläche 215 des Umverdrahtungssubstrats 211 durch die nicht leitfähige Schicht 213 zu einer oder mehreren Leiterbahnen 222 der zweiten leitfähigen Schicht 216 verlaufen.
Die leitfähigen Durchkontaktierungen 223, 224 ermöglichen es Bauelementen, wie z. B. dem Hochspannungshalbleiterbauelement 212, die auf der oberen Oberfläche 215 des Umverdrahtungssubstrats 211 montiert sind, mit der zweiten leitfähigen Schicht 216, die innerhalb des Körpers des Umverdrahtungssubstrats 211 verdeckt ist, elektrisch gekoppelt zu sein. Die leitfähigen Durchkontaktierungen 223, 224 sind jeweils von einer leitfähigen Leiterbahn 221 der ersten leitfähigen Schicht 214 umgeben.
Das elektronische Hochspannungsbauelement 212 umfasst ein Gehäuse 225, das ein Hochspannungshalbleiterbauelement (nicht dargestellt) umgibt, und eine Gehäuse-Anschlussfläche 226. Die Gehäuse-Anschlussfläche 226 umfasst Anschlusspads oder Kontaktflächen, die auf Leiterbahnen 221 der ersten leitfähigen Schicht 214 oberflächenmontierbar sind. Das elektronische Hochspannungsbauelement 212 kann ein Gruppe-III-Nitrid-Transistor sein, wie z. B. ein Galliumnitrid-basierter HEMT. Eine Draufsicht auf die Anschlussfläche 226 des elektronischen Bauelements 212 ist in 13 dargestellt.
In dieser Ausführungsform umfasst das elektronische Bauelement 212 einen Galliumnitrid-basierten HEMT und weist ein Drainanschlusspad 227, ein Sourceanschlusspad 228 und ein Gateanschlusspad 229 auf. Das Drainanschlusspad 227 ist ein Hochspannungsanschluss und ist mittig innerhalb der Seitenfläche der Anschlussfläche 226 angeordnet. Das Drainanschlusspad 227 ist auf allen vier Seiten von einem ringförmigen Sourceanschlusspad 228 umgeben, das einen in einem Abstand d von der Seitenfläche des Drainanschlusspads 227 angeordneten Innenrand 230 und einen Außenrand 231 aufweist, der in einem Abstand von dem Gateanschlusspad 229 angeordnet ist, der neben dem Außenrand 231 liegend und von ihm beabstandet auf einer Seite der Anschlussfläche 226 angeordnet ist. Das Hochspannungsanschlusspad in Form des Drainanschlusspads 227 ist unterhalb des Körpers des elektronischen Bauelements 212 angeordnet, wenn dieses auf dem Umverdrahtungssubstrat montiert ist, wie in 12 dargestellt.
Die erste leitfähige Schicht 214 des Umverdrahtungssubstrats 211 umfasst ein Hochspannungsanschlusspad 239, das auf der leitfähigen Durchkontaktierung 223 montiert und mit ihr elektrisch gekoppelt ist. Das Hochspannungsanschlusspad 239 ist auf allen vier Seiten von einer leitfähigen Niederspannungsleiterbahn 234 umgeben, die in einem Abstand von dem Hochspannungsanschlusspad 239 angeordnet ist. Die Anordnung des Hochspannungsanschlusspads 239 und der leitfähigen Niederspannungsleiterbahn 234 entspricht der der Anschlussfläche 226 des elektronischen Bauelements 212.
Das Drainanschlusspad 227 des elektronischen Bauelements 212 ist an dem Hochspannungsanschlusspad 239 montiert. Das ringförmige Sourceanschlusspad 228 des elektronischen Bauelements 212 ist an einer vergleichbar großen und ähnlich geformten leitfähigen Leiterbahn 234 montiert, die einen Teil der ersten leitfähigen Schicht 214 bildet. Das Gatepad 229 ist an einer weiteren leitfähigen Leiterbahn der ersten leitfähigen Schicht 214 montiert. Das Sourceanschlusspad 228 und die ringförmige leitfähige Niederspannungsanschlussleiterbahn 234 stellen eine Abschirmung für das mittig angeordnete Hochspannungsanschlusspad 239 und die leitfähige Durchkontaktierung 223 und die HochspannungsUmverdrahtungsstruktur des Umverdrahtungssubstrats 211 bereit.
Der Körper des elektronischen Bauelements 212 funktioniert selbst als eine Abdeckung gegen Verunreinigung, wie z. B. Staub oder andere Teilchen, die auf die Außenoberflächen des elektronischen Bauelements 212 fallen, und schützt die Hochspannungsanschlusspads, das heißt das Drainanschlusspad 227 des elektronischen Bauelements 212 und das Hochspannungsanschlusspad 239 des Umverdrahtungssubstrats 211, davor, mit dieser möglichen Verunreinigung in Kontakt zu kommen. Die Durchkontaktierung 223 verläuft zu der Rückseite des Anschlusspads 232, das in der ersten leitfähigen Schicht 214 angeordnet ist, und stellt einen Übertragungspfad für ein Hochspannungssignal von dem Drainanschlusspad 227 des elektronischen Bauelements 212 über die leitfähige Durchkontaktierung 223, die leitfähigen Leiterbahnen 222 der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 216 und die zweite elektrisch leitfähige Durchkontaktierung 224 zu einem Ausgang 233 dar, der zum Beispiel mit einer Stromversorgung verbindbar ist.
Bei dem Umverdrahtungssubstrat 211 kann zum Beispiel die erste nicht leitfähige Schicht 213 eine Vertiefung oder Aussparung aufweisen, die einen Abschnitt 236 der zweiten leitfähigen Schicht 216 in der Basis 240 der Vertiefung freilegt. Diese Anordnung kann verwendet werden, um ein Bauelement 237, wie z. B. eine Diode, direkt auf dem freiliegenden Abschnitt 236 der die Umverdrahtungsstruktur für Hochspannungssignale bereitstellenden zweiten leitfähigen Schicht 216 zu montieren. Das Bauelement 237 kann außerdem mit einer Niederspannungsleiterbahn 221 mithilfe eines leitfähigen Elements 238, wie z. B. eines Bonddrahts einer Anschlussklammer, elektrisch gekoppelt sein.
14 und 15 veranschaulichen weitere Module, die ein Umverdrahtungssubstrat und mindestens ein elektronisches Bauelement aufweisen.
14a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Moduls 250, das ein Umverdrahtungssubstrat 251 und ein elektronisches Bauelement 252 aufweist. 14b veranschaulicht eine Draufsicht auf eine untere Oberfläche 253 des elektronischen Bauelements 252 und veranschaulicht die Anschlussfläche 254 des elektronischen Bauelements 252.
Das Umverdrahtungssubstrat 251 umfasst eine nicht leitfähige Schicht 255, eine erste leitfähige Schicht 256, die eine Umverdrahtungsstruktur 257 für Niederspannungssignale bereitstellt, und eine zweite leitfähige Schicht 258, die eine Umverdrahtungsstruktur 259 für Hochspannungssignale bereitstellt. Die erste leitfähige Schicht 256 ist auf einer oberen Oberfläche 260 der nicht leitfähigen Schicht 255 angeordnet und die zweite leitfähige Schicht 258 ist auf der gegenüberliegenden unteren Oberfläche 261 der nicht leitfähigen Schicht 255 angeordnet. Das Umverdrahtungssubstrat 251 umfasst außerdem eine leitfähige Durchkontaktierung 262, die durch die Dicke der nicht leitfähigen Schicht 255 von der oberen Oberfläche 260 zu der unteren Oberfläche 261 verläuft und mit der zweiten leitfähigen Schicht 258 elektrisch verbunden ist. Die erste leitfähige Schicht 256 umfasst ein Anschlusspad 267, das die leitfähige Durchkontaktierung 262 abdeckt und mit ihr elektrisch verbunden ist und einen Abschnitt der Umverdrahtungsstruktur 259 für Hochspannungssignale bildet.
Wie in der Draufsicht von 14b dargestellt, umfasst das elektronische Bauelement 252 eine einzelne Hochspannungsanschluss-Kontaktfläche 263, das in der Mitte der unteren Oberfläche 253 angeordnet ist, und zwei Signalanschlusspads 264, die an dem Umfang einer Seite der Anschlussfläche 254 angeordnet sind. Das elektronische Bauelement 252 umfasst außerdem ein Niederspannungsanschlusspad 265, das die untere Oberfläche 253 bis auf die vier Ecken und die Bereiche, die die Hochspannungsanschluss-Kontaktfläche 263 und Signalanschlusspads 264 umgeben, abdeckt. Das elektronische Bauelement 252 umfasst Anschluss-Kontaktflächen als Außenanschlüsse, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die erste leitfähige Schicht 256 umfasst eine Mehrzahl von Leiterbahnen 257, die eine der Anschlussfläche 254 des elektronischen Bauelements 252 entsprechende Umverdrahtungsstruktur bereitstellen.
Das Niederspannungsanschlusspad 265 und die Signalanschlusspads 264 des elektronischen Bauelements 252 sind auf den Leiterbahnen 257 montiert und stellen die Umverdrahtungsstruktur für Niederspannungssignale mithilfe von Lötverbindungen bereit. Die Hochspannungsanschluss-Kontaktfläche 263 des elektronischen Bauelements ist auf dem Anschlusspad 267 mithilfe einer Lötverbindung montiert. Das Anschlusspad 267 ist mit der HochspannungsUmverdrahtungsstruktur 259 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Umverdrahtungssubstrats 251 mithilfe der leitfähigen Durchkontaktierung 262 gekoppelt.
Die leitfähigen Leiterbahnen 257 der Umverdrahtungsstruktur für Niederspannungssignale weisen eine Seitenanordnung auf, die der Anschlussfläche 254 des elektronischen Bauelements 252 entspricht. Eine dieser Leiterbahnen 257 umgibt das Hochspannungsanschlusspad 267 und die Hochspannungsanschluss-Kontaktfläche 263 des elektronischen Bauelements 252 und kann verwendet werden, um eine Abschirmung bereitzustellen. Die Kriechstrecke, d, ist in 14b mit der Referenznummer 266 angegeben. Die Hochspannungsanschluss-Kontaktfläche 263, das entsprechende Anschlusspad 267 und die leitfähige Durchkontaktierung 262 sind durch das elektronische Bauelement 252 abgedeckt, da sie zur Seitenmitte der Anschlussfläche 254 des elektronischen Bauelements 252 hin angeordnet sind. Das elektronische Bauelement 252 stellt einen Schutz für die Hochspannungsanschluss-Kontaktfläche 263 und den freiliegenden Abschnitt der HochspannungsUmverdrahtungsstruktur, d. h. das auf der oberen Oberfläche des Umverdrahtungssubstrats 251 angeordnete Anschlusspad 267, vor umgebungsbedingter Verunreinigung bereit.
15a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Moduls 270, das ein Umverdrahtungssubstrat 271 und ein elektronisches Bauelement 272 aufweist. 15b veranschaulicht eine Draufsicht auf eine untere Oberfläche 273 des elektronischen Bauelements 272 und veranschaulicht die Anschlussfläche 274 des elektronischen Bauelements 272.
Die Anschlussfläche 274 entspricht der in 11b dargestellten Anschlussfläche und das elektronische Bauelement entspricht dem in 11a dargestellten elektronischen Bauelement.
Das elektronische Bauelement 272 weist zwei Arten von Außenanschlüssen auf. Die Niederspannungsanschlusspads 275 und 276 sind durch Kontaktflächen bereitgestellt und der Hochspannungsanschluss 277 ist durch einen hervorstehenden Bereich 278 und einen leitfähigen Stift 279 bereitgestellt.
Der Hochspannungsanschluss 277 ist in einer anderen Ebene als die Niederspannungsanschlusspads 275, 276 angeordnet. Diese Anordnung kann verwendet werden, um die Kriechstrecke zu vergrößern, da die Kriechstrecke die Länge des Stifts 279 umfasst.
Das Umverdrahtungssubstrat 271 umfasst eine nicht leitfähige Schicht 280, eine auf der oberen Oberfläche 282 der nicht leitfähigen Schicht 280 angeordnete erste leitfähige Schicht 281, die eine Umverdrahtungsstruktur für Niederspannungssignale bereitstellt, und eine auf der gegenüberliegenden unteren Oberfläche 284 der nicht leitfähigen Schicht 280 angeordnete zweite leitfähige Schicht 283, die eine Umverdrahtungsstruktur für Hochspannungssignale bereitstellt. Das Umverdrahtungssubstrat 271 umfasst außerdem ein Durchgangsloch 295 zum Aufnehmen des hervorstehenden Bereichs 278 des elektronischen Bauelements 272.
Das elektronische Bauelement 272 ist auf der oberen Seite 282 des Umverdrahtungssubstrats 271 montiert, so dass die Niederspannungsanschlusspads 275, 276 auf Leiterbahnen der ersten leitfähigen Schicht 281 montiert sind und so dass der hervorstehende Abschnitt 278 innerhalb des Durchgangslochs 295 angeordnet ist und zu der gegenüberliegenden unteren Oberfläche 284 der nicht leitfähigen Schicht 280 verläuft. Der Anschlussstift 279 ist mit der zweiten leitfähigen Schicht 283 mithilfe einer zwischen dem Stift 279 und der zweiten leitfähigen Schicht 283 verlaufenden Lötabscheidung 294 elektrisch verbunden. In dieser Ausführungsform ist die Kriechstrecke die Dicke der nicht leitfähigen Schicht 280 und ist in 15a durch die Referenznummer 286 dargestellt.
Das Halbleiterbauelement 287 des elektronischen Bauelements 272 kann eine mit hoher Spannung angesteuerte Transistorvorrichtung, zum Beispiel eine Gruppe-III-Nitrid-Transistorvorrichtung, sein. In dieser Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement 287 eine Gateelektrode, die mit dem Gateanschluss 276 mithilfe eines Bonddrahts 288 elektrisch leitend gekoppelt ist, und eine Sourceelektrode, die mit einem Sourceanschluss 275 mithilfe eines Bonddrahts 289 elektrisch verbunden ist. Das Halbleiterbauelement 287 umfasst außerdem eine Drainelektrode, die mit dem Nacktchippad 290, das innerhalb des Gehäuses 291 des elektronischen Bauelements 272 angeordnet ist, und dem Stift 279 elektrisch gekoppelt ist.
Die Anschlüsse 275, 276 sind durch die untere Oberfläche von Abschnitten eines Trägerstreifens, der das Nacktchippad 290 umfasst, bereitgestellt. Die oberflächenmontierbare Anschlüsse 275, 276 sind auf Leiterbahnen 292 der ersten leitfähigen Schicht 281 mithilfe von Lötverbindungen 293 montiert.
In einigen Ausführungsformen ist das Hochspannungsanschlusspad in der Seitenmitte der unteren Oberfläche des elektronischen Bauelements angeordnet. Wenn ein elektronisches Bauelement auf dem Umverdrahtungssubstrat montiert ist, ist der Hochspannungsanschluss unterhalb des elektronischen Bauelements angeordnet und durch die umgebenden Umfangsbereiche des elektronischen Bauelements geschützt. Folglich stellt das elektronische Bauelement selbst physischen Schutz vor Verunreinigungen, wie z. B. Staub, die auf die obere Seite des elektronischen Bauelements fallen, so dass sie nicht mit dem in der Seitenmitte angeordneten Hochspannungsanschlusspad in Kontakt kommen.
Die Kriechstrecke kann durch Verwenden der physisch getrennten Umverdrahtungsstrukturen für die Niederspannungssignale und die Hochspannungssignale vergrößert werden. Insbesondere ist die Umverdrahtungsstruktur für Niederspannungssignale auf einer in Bezug auf die Umverdrahtungsstruktur für Hochspannungssignale gegenüberliegenden Oberfläche einer nicht leitfähigen Schicht angeordnet. Da das elektronische Bauelement auf einer Seite des Umverdrahtungssubstrats montiert ist, ist eine vertikale elektrische Verbindung bereitgestellt, die von einer Seite zu der anderen Seite des Umverdrahtungssubstrats verläuft, um es dem elektronischen Bauelement zu ermöglichen, mit der Umverdrahtungsstruktur auf der gegenüberliegenden Oberfläche elektrisch gekoppelt zu sein. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere leitfähige Durchkontaktierungen in dem Umverdrahtungssubstrat bereitgestellt. In anderen Ausführungsformen umfasst das elektronische Bauelement einen hervorstehenden Bereich, der eine stiftförmige Struktur bereitstellt, und das Umverdrahtungssubstrat umfasst ein nicht leitfähiges Durchgangsloch, das zur Aufnahme des hervorstehenden Bereichs des elektronischen Bauelements geformt ist.
Begriffe, die räumliche Relativität beschreiben, wie „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen werden zur Erleichterung der Beschreibung verwendet, um die Anordnung eines Elements in Bezug auf ein zweites Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu verschiedenen in den Figuren dargestellten Ausrichtungen verschiedene Ausrichtungen des Bauelements umfassen.
Außerdem werden Begriffe, wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen ebenfalls zur Beschreibung verschiedener Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. verwendet und sollen nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der ganzen Beschreibung auf gleiche Elemente.
Wie hier verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „einschließen“, „umfassen“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorliegen der genannten Elemente oder Merkmale angeben, aber das Vorliegen zusätzlicher Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel „ein/eine“, und „der/die/das“ sollen sowohl Plural als auch Singular einbeziehen, sofern der Kontext nicht Gegensätzliches angibt.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen, hier beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

Claims

Umverdrahtungssubstrat (100; 120), umfassend: eine erste leitfähige Schicht (101), die eine Umverdrahtungsstruktur (102) für Niederspannungssignale umfasst, eine zweite leitfähige Schicht (103), die eine Umverdrahtungsstruktur (104) für Hochspannungssignale umfasst, eine nicht leitfähige Schicht (105), wobei die zweite leitfähige Schicht (103) von der ersten leitfähigen Schicht (101) durch die nicht leitfähige Schicht (105) beabstandet ist, und einen leitfähigen Verbinder (106), der von einer Bestückungsoberfläche (107) des Umverdrahtungssubstrats (100; 120) zu der zweiten leitfähigen Schicht (103) verläuft, wobei die Bestückungsoberfläche (107) durch eine erste Oberfläche der nicht leitfähigen Schicht (105) gebildet ist, wobei der leitfähige Verbinder (106) auf der Bestückungsoberfläche von einer Niederspannungsleiterbahn (108) der ersten leitfähigen Schicht (101) umgeben ist, die beabstandet zu dem leitfähigen Verbinder (106) angeordnet ist, und wobei die zweite leitfähige Schicht (103) auf einer der Bestückungsoberfläche (107) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (109) der nicht leitfähigen Schicht (105) angeordnet ist.
Umverdrahtungssubstrat (100; 120) nach Anspruch 1, wobei die Niederspannungsleiterbahn (108) ein durchgehender Ring ist.
Umverdrahtungssubstrat (100; 120) nach Anspruch 1, wobei die Niederspannungsleiterbahn (108) ein diskontinuierlicher Ring ist.
Umverdrahtungssubstrat (100; 120) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner eine zusätzliche nicht leitfähige Schicht (121) umfasst, wobei die zweite leitfähige Schicht (103) zwischen der nicht leitfähigen Schicht (105) und der zusätzlichen nicht leitfähigen Schicht (121) angeordnet ist.
Umverdrahtungssubstrat (100; 120) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner einen zweiten elektrisch leitfähigen Verbinder (122) umfasst, der von der zweiten leitfähigen Schicht (103) zu der Bestückungsoberfläche (107) verläuft und von einer zweiten, auf der Bestückungsoberfläche (107) angeordneten Niederspannungsleiterbahn (123) umgeben ist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190), umfassend: mindestens ein mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement (131; 171; 192) und eine Anschlussfläche (132; 142; 153; 162; 172; 199), wobei die Anschlussfläche (132; 142; 153; 162; 172; 199) einen Hochspannungsanschluss (133; 143; 151; 163; 173; 205) und ein Niederspannungsanschlusspad (134; 144; 152; 164; 174; 204) umfasst, wobei das Niederspannungsanschlusspad (134; 144; 152; 164; 174; 204) eine Ringform aufweist, den Hochspannungsanschluss (133; 143; 151; 163; 173; 205) umgibt und von dem Hochspannungsanschluss (133; 143; 151; 163; 173; 205) beabstandet ist, wobei das Halbleiterbauelement (131; 171; 191) ein Transistor mit einer Drainelektrode und einer Sourceelektrode ist, und wobei die Drainelektrode elektrisch mit dem Hochspannungsanschluss (133; 143, 151; 163; 173; 205) gekoppelt ist und die Sourceelektrode elektrisch mit dem Niederspannungsanschlusspad (134; 144; 152; 164; 174; 204) gekoppelt ist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach Anspruch 6, wobei das Niederspannungsanschlusspad (144; 152; 164; 174; 204) eine durchgehende Ringform aufweist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach Anspruch 6, wobei das Niederspannungsanschlusspad (144) eine diskontinuierliche Ringform aufweist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Niederspannungsanschlusspad (134; 144; 152; 164; 174; 204) von dem Hochspannungsanschluss (133; 143; 151; 163; 173; 205) elektrisch isoliert ist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, das ferner ein Steueranschlusspad (154) umfasst, das in einem Abstand von einem Außenrand des Niederspannungsanschlusspads (152) angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, das ferner eine Mehrzahl von Signalpads (165; 176) umfasst, die in einem Abstand von einem Außenrand des Niederspannungsanschlusspads (164; 174) angeordnet sind.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, das ferner mindestens einen weiteren Hochspannungsanschluss (163) umfasst, wobei der Hochspannungsanschluss (163) und der mindestens eine weitere Hochspannungsanschluss (163) von dem Niederspannungsanschlusspad (164) umgeben sind.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach Anspruch 6, das ferner ein Gehäuse (194) umfasst, wobei das Niederspannungsanschlusspad durch eine oberflächenmontierbare Kontaktfläche (195) bereitgestellt ist und der Hochspannungsanschluss durch einen vom Gehäuse hervorstehenden Stift (205) oder eine oberflächenmontierbare Kontaktfläche bereitgestellt ist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei der Transistor außerdem eine Gateelektrode aufweist.
Elektronisches Bauelement (130, 140, 140', 150, 160, 170, 190) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei das mit hoher Spannung angesteuerte Halbleiterbauelement ein Gruppe- III-Nitrid-HEMT ist.
Modul (250; 270), das ein Umverdrahtungssubstrat (251; 271) und ein elektronisches Bauelement (252; 272) umfasst, wobei das Umverdrahtungssubstrat (251; 271) umfasst: eine erste leitfähige Schicht (256; 281), die eine Umverdrahtungsstruktur (257; ) für Niederspannungssignale umfasst, eine zweite leitfähige Schicht (258; 283), die eine Umverdrahtungsstruktur (259) für Hochspannungssignale umfasst, eine nicht leitfähige Schicht (255; 280), wobei die zweite leitfähige Schicht (258; 283) von der ersten leitfähigen Schicht (256; 281) durch die nicht leitfähige Schicht (255; 280) beabstandet ist, und einen leitfähigen Verbinder (262; 279), der von einer Bestückungsoberfläche des Umverdrahtungssubstrats (251; 271) zu der zweiten leitfähigen Schicht (258; 283) verläuft, wobei die Bestückungsoberfläche durch eine erste Oberfläche (260; 282) der nicht leitfähigen Schicht (255; 280) gebildet ist, wobei der leitfähige Verbinder (262; 279) von einer Niederspannungsleiterbahn der ersten leitfähigen Schicht (256; 281) umgeben ist, die beabstandet zu dem leitfähigen Verbinder (262; 279) angeordnet ist, und wobei die zweite leitfähige Schicht (258; 283) auf einer der Bestückungsoberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (261; 284) der nicht leitfähigen Schicht (255; 280) angeordnet ist, wobei das elektronische Bauelement (252; 272) umfasst: mindestens ein mit hoher Spannung angesteuertes Halbleiterbauelement 287 und eine Anschlussfläche (254; 274), wobei die Anschlussfläche (254; 274) einen Hochspannungsanschluss (267; 277), der mit der zweiten leitfähigen Schicht (258; 283) elektrisch gekoppelt ist, und ein den Hochspannungsanschluss (267; 277) umgebendes und von dem Hochspannungsanschluss (267; 277) beabstandetes Niederspannungsanschlusspad (265; 275) umfasst, das mit der Niederspannungsleiterbahn (257; 292) elektrisch gekoppelt ist.
Modul nach Anspruch 16, wobei der leitfähige Verbinder (262; 279) durch eine leitfähige Durchkontaktierung bereitgestellt ist, die in der nicht leitfähigen Schicht (255; 280) angeordnet ist, und der Hochspannungsanschluss (267; 277) des elektronischen Bauelements (252; 272) auf der leitfähigen Durchkontaktierung montiert ist.
Modul nach Anspruch 16, wobei der Hochspannungsanschluss (277) des elektronischen Bauelements einen hervorstehenden Stift umfasst, der den leitfähigen Verbinder (279) bereitstellt.
Modul nach Anspruch 16, wobei das elektronische Bauelement (252) den leitfähigen Verbinder (262) und die Niederspannungsleiterbahn (257) abdeckt.