DE102014113519A1

DE102014113519A1 - Elektronisches Bauteil, Anordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102014113519A1
Application number: DE201410113519
Authority: DE
Inventors: Josef Hoeglauer; Ralf Otremba; Klaus Schiess; Xaver Schloegel; Jürgen Schredl
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2034-09-20
Also published as: US9196554B2; CN104517868B; DE102014113519B4; DE102014113519A8; CN104517868A; US20150091176A1

Abstract

Ein elektronisches Bauelement enthält mindestens ein Halbleiterbauelement und eine Verteilerplatine, die mindestens zwei nicht leitende Schichten und eine leitende Verteilerstruktur umfasst. Das Halbleiterbauelement ist in der Verteilerplatine eingebettet und mit der Verteilerstruktur elektrisch verbunden, und die Verteilerplatine hat eine Seitenfläche mit einer Stufe. Auf der Stufe befindet sich eine äußere Kontaktfläche der Verteilerstruktur.

Description

HINTERGRUND
Ein Halbleiterchip kann in Form eines elektronischen Bauelements bereitgestellt werden, das aus einem Gehäuse mit äußeren Kontakten besteht, mit denen das elektronische Bauelement auf einer Leiterplatte, z. B. einer gedruckten Leiterplatte, montiert wird. Das Gehäuse kann ein Epoxidharz enthalten, das den Halbleiterchip bedeckt und den Halbleiterchip sowie die internen elektrischen Verbindungen vom Halbleiterchip bis zu den inneren Bereichen der äußeren Kontakte vor der Umgebung schützt. Die äußeren Kontakte können unterschiedliche Formen haben, wie z. B. Pins, Lötaugen oder Lötkugeln.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein elektronisches Bauelement umfasst mindestens ein Halbleiterbauelement und eine Verteilerplatine, die mindestens zwei nicht leitende Schichten und eine leitende Verteilerstruktur umfasst. Das Halbleiterbauelement ist in der Verteilerplatine eingebettet und mit der Verteilerstruktur elektrisch verbunden, und die Verteilerplatine hat eine Seitenfläche mit einer Stufe. Auf der Stufe befindet sich eine äußere Kontaktfläche der Verteilerstruktur.
Eine Anordnung umfasst eine Leiterplatte mit mehreren nicht leitenden Schichten, einer Verteilerstruktur und mindestens einer Aussparung mit einer Stufe, auf der sich eine Kontaktfläche befindet, die mit der Verteilerstruktur und einem elektronischen Bauelement elektrisch verbunden ist, das mindestens ein in einer Verteilerplatine eingebettetes Halbleiterbauelement umfasst, wobei die Verteilerplatine eine Seitenfläche mit einer Stufe und eine auf der Stufe angeordnete äußere Kontaktfläche hat. Das elektronische Bauelement ist in der Aussparung und die äußere Kontaktfläche des elektronischen Bauelements ist auf der Kontaktfläche der Leiterplatte montiert.
Ein Verfahren umfasst das Bereitstellen eines elektronischen Bauelements, umfassend mindestens ein Halbleiterbauelement, das in einer Verteilerplatine eingebettet ist, mit mindestens zwei nicht leitenden Kernschichten und mindestens einer leitenden Schicht, das Entfernen eines Randbereichs einer Kernschicht und Freilegen eines Bereichs einer leitenden Schicht auf einer anderen Kernschicht und das Erzeugen eines äußeren Kontaktbereichs für das elektronische Bauelement.
Fachleute auf dem Gebiet werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Betrachten der zugehörigen Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Teile sind entsprechend durch gleiche Referenznummern gekennzeichnet. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können kombiniert werden, sofern sie einander nicht ausschließen. In den Zeichnungen werden Ausführungsformen dargestellt und nachfolgend genauer beschrieben.
1 zeigt ein elektronisches Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt ein elektronisches Bauelement und eine Leiterplatte mit einer Aussparung.
3 zeigt ein elektronisches Bauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform und eine Leiterplatte mit einer Aussparung.
4 zeigt ein elektronisches Bauelement gemäß einer dritten Ausführungsform.
5 zeigt eine Anordnung mit zwei elektronischen Bauelementen.
6 zeigt ein elektronisches Bauelement gemäß einer vierten Ausführungsform.
7 zeigt ein elektronisches Bauelement gemäß einer fünften Ausführungsform.
8 zeigt einen Teil einer Leiterplatte in einer perspektivischen Ansicht.
9 zeigt einen Teil einer Leiterplatte mit Leiterbahnen in einer perspektivischen Ansicht.
10 zeigt einen Teil einer Leiterplatte mit Leiterbahnen in einer perspektivischen Ansicht.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer sechsten Ausführungsform.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer siebten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die Bestandteil dieser Erfindung sind und spezielle Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung realisiert werden kann. Hierbei dienen Richtungsangaben wie „Oberseite”, „Unterseite”, „Vorderseite”, „Rückseite”, „führend”, „folgend”, „oben”, „unten” usw. zur Kennzeichnung der Ausrichtung der beschriebenen Abbildung(en). Da die Komponenten der Ausführungsformen in verschiedenen Ausrichtungen angeordnet werden können, dienen die Richtungsangaben nur zur Veranschaulichung und sind in keiner Weise einschränkend. Es sei darauf hingewiesen, dass weitere Ausführungsformen möglich sind und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung dieser Erfindung ist nicht als Einschränkung zu betrachten, und der Umfang dieser Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.
Einige Ausführungsformen werden unten erläutert. In diesem Fall werden identische strukturelle Merkmale in den Figuren durch identische oder gleichartige Referenzsymbole gekennzeichnet. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung sind „lateral” und „laterale Richtung” als Richtung oder Ausmaß zu verstehen, das in der Regel parallel zu dem lateralen Ausmaß eines Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers verläuft. Die laterale Richtung verläuft somit generell parallel zu diesen Flächen oder Seiten. Im Gegensatz hierzu ist der Begriff „vertikal” oder „vertikale Richtung” als Richtung zu verstehen, die normalerweise senkrecht zu diesen Flächen oder Seiten und damit zu der lateralen Richtung verläuft. Die vertikale Richtung verläuft also in Richtung der Dicke des Halbleitermaterials oder Halbleiterträgers.
In dieser Spezifikation bedeuten die Begriffe „verbunden” und/oder „elektrisch verbunden” nicht, dass die Elemente direkt miteinander verbunden sein müssen, sondern zwischen den „verbundenen” und/oder „elektrisch verbundenen” Elementen können sich weitere Elemente befinden.
Wie hierin verwendet wird, beziehen sich „Hochspannung” und „Hochspannungsbauelement”, wie z. B. ein Hochspannungs-Verarmungstransistor, auf ein elektronisches Bauelement, das für Anwendungen zum Schalten hoher Spannungen optimiert ist. D. h. wenn der Transistor ausgeschaltet ist, kann er hohe Spannungen sperren, z. B. etwa 300 V oder höher, etwa 600 V oder höher, oder etwa 1200 V oder höher, und wenn der Transistor eingeschaltet ist, hat er einen ausreichend geringen Durchlasswiderstand (RON) für die betreffende Anwendung und damit einen ausreichend geringen Leitungsverlust, wenn ein größerer Strom durch das Bauelement fließt. Ein Hochspannungsbauelement kann mindestens eine Spannung sperren, die der Hochspannungsversorgung oder der maximalen Spannung in der Schaltung entspricht, für die er verwendet wird. Ein Hochspannungsbauelement kann 300 V, 600 V, 1200 V oder eine andere geeignete Spannung sperren, die für die Anwendung erforderlich ist.
Wie hierin verwendet wird, beziehen sich „Niederspannung” und „Niederspannungsbauelement”, wie z. B. ein Niederspannung-Anreicherungstransistor, auf ein elektronisches Bauelement, das geringe Spannungen, z. B. 0 V bis V_low, jedoch keine Spannungen über V_low sperren kann. V_low kann etwa 10 V, etwa 20 V, etwa 30 V, etwa 40 V oder etwa 5 V bis 50 V betragen, z. B. etwa 10 V bis 30 V.
Wie hierin verwendet wird, ist mit „leitend” elektrisch leitend und mit „nicht leitend” elektrisch nicht leitend gemeint.
1 zeigt ein elektronisches Bauelement 100 gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem Halbleiterbauelement 101 und einer Verteilerplatine 102. Die Verteilerplatine 102 enthält mindestens zwei nicht leitende Schichten. In dieser exemplarisch dargestellten Ausführungsform enthält die Verteilerplatine 102 vier nicht leitende Schichten 103, 104, 105, 106 und eine leitende Verteilerstruktur 107. Das Halbleiterbauelement 101 ist in der Verteilerplatine 102 eingebettet und mit der Verteilerstruktur 107 elektrisch verbunden. Die Verteilerplatine 102 hat eine Seitenfläche 108 mit einer Stufe 109. Auf der Stufe 109 befindet sich eine äußere Kontaktfläche 110 der Verteilerstruktur 107.
Die vier nicht leitenden Schichten 103, 104, 105, 106 sind übereinander gestapelt, so dass die Verteilerplatine 102 als mehrschichtige Verteilerplatine betrachtet werden kann. Die nicht leitenden Schichten 103, 104, 105 und 106 können eine Kernschicht und eine so genannte Prepreg-Schicht enthalten. Die Kernschicht kann einen faserverstärkten Verbundstoff enthalten, z. B. ein glasfaserverstärktes Epoxidharz. Die Prepreg-Schichten dienen im Fertigungsprozess als Klebschicht und enthalten ein wärmeaushärtendes Harz, das in zwei Stufen aushärten kann. In teilweise ausgehärtetem Zustand kann das wärmeaushärtende Harz als B-Stufe-Material bezeichnet werden. In diesem teilweise ausgehärteten Zustand kann mithilfe einer ersten Prepreg-Schicht eine Metallfolie auf eine Kernschicht und mithilfe einer zweiten Prepreg-Schicht eine weitere Kernschicht auf die Metallfolien geklebt werden, so dass die mehrschichtige Struktur der Verteilerplatine 102 entsteht. Diese Verteilerstruktur enthält leitende Schichten, z. B. Metallschichten und leitende Durchkontaktierungen. Die Metallschichten können Kupfer enthalten und so strukturiert sein, dass sie eine oder mehr Leiterbahnen haben.
Die Stufe 109 wird durch einen Bereich der nicht leitenden Schicht 105 gebildet, der hervorsteht und von der benachbarten leitenden Schicht 104 nicht bedeckt ist (frei liegt). Das laterale Ausmaß der nicht leitenden Schichten 105, 106 ist größer als das laterale Ausmaß der nicht leitenden Schichten 103, 104, wodurch die Stufe 109 entsteht.
Die Stufe 109 in der Seitenfläche 108 kann sich über die gesamte Breite der Seitenfläche 108 erstrecken. Die Kontaktfläche 110 kann entweder auf nur einem Teil des hervorstehenden Bereichs, der die Stufe 109 bildet, platziert sein oder sich über den gesamten hervorstehenden Bereich, der die Stufe 109 bildet, erstrecken. In Ausführungsformen, bei denen sich die äußere Kontaktfläche 110 nur auf einem Teil der Stufe 109 befindet, können weitere äußere Kontaktflächen in Abständen zueinander auf der Stufe 109 platziert sein. Das Material der nicht leitenden Schicht 105 sorgt für elektrische Isolierung zwischen den äußeren Kontaktflächen.
Die Verteilerstruktur 107 enthält mehrere leitende Schichten 111, 112, 113, wobei die leitende Schicht 111 zwischen den nicht leitenden Schichten 103, 104 und die leitende Schicht 112 zwischen den nicht leitenden Schichten 104, 105 und die leitende Schicht 113 zwischen den nicht leitenden Schichten 105, 106 platziert ist. Jede der leitenden Schichten 111, 112, 113 kann so strukturiert sein, dass sie eine oder mehr Leiterbahnen hat. Die Verteilerstruktur 107 hat auch eine Durchkontaktierung 114, die durch die Dicke der nicht leitenden Schicht 105 verläuft und eine Leiterbahn der leitenden Schicht 113 auf der Unterseite der nicht leitenden Schicht 105 elektrisch mit einer Leiterbahn der leitenden Schicht 112 auf der Oberseite der nicht leitenden Schicht 105 verbindet. Die Kontaktfläche 110 ist ein freiliegender Bereich der leitenden Schicht 112 auf der Oberseite der nicht leitenden Schicht 105, die die Stufe bildet.
Das Halbleiterbauelement 101 ist in der Verteilerplatine 102 eingebettet, insbesondere in den nicht leitenden Schichten 104, 105. Auf der Oberseite 115 des Halbleiterbauelements 101 befindet sich eine Elektrode 116, die einen direkten und elektrischen Kontakt zu der leitenden Schicht 111 hat. Die gegenüberliegende Unterseite 117 des Halbleiterbauelements 101 hat eine oder mehr innere Kontaktflächen 118. Die Unterseite 117 ist in der nicht leitenden Schicht 105 platziert. Die Verteilerplatine hat ferner mindestens eine leitende Durchkontaktierung 119, die zwischen der Elektrode 118 und der leitenden Schicht 113 verläuft. Die inneren Kontaktflächen 118 sind über die Verteilerstruktur 107, und zwar über die leitenden Durchkontaktierungen 119, die leitende Schicht 113 und die leitende Durchkontaktierung 114, elektrisch mit einer oder mehr äußeren Kontaktflächen 110 verbunden.
Die inneren Kontaktflächen 118 und die leitenden Durchkontaktierungen 119 können eine kleinere laterale Fläche haben als die äußere Kontaktfläche 110. Das elektronische Bauelement 100 kann als Fanout-Anordnung betrachtet werden, da die äußeren Kontaktflächen 110 eine größere Fläche haben als die inneren Kontaktflächen 118 und sich auf eine größere laterale Fläche als die des Halbleiterbauelements 101 verteilen.
Die Stufe 109 hat eine Trittfläche 120 und eine Stirnfläche 121. Die Trittfläche 120 und die Stirnfläche 121 stehen senkrecht zueinander. In dieser Ausführungsform ist die äußere Kontaktfläche 110 nur auf der Trittfläche 120 angeordnet. Die Stufe 109 kann auch als Vorsprung betrachtet werden, der aus der Seitenfläche 108 der Verteilerplatine 102 herausragt.
Die Verteilerplatine 102 hat eine Oberseite 122 mit einem geringeren lateralen Ausmaß als die Unterseite 123. Die Oberseite 122 und die Unterseite 123 verlaufen parallel zueinander. Die Stufe 109 in der Seitenfläche 108 hat eine Breite 124, die der Differenz zwischen dem lateralen Ausmaß der Oberseite 122 und dem der Unterseite 123 entspricht. Die Trittfläche 120 der Stufe 109 verläuft parallel zu der Oberseite 122 und Unterseite 123 und senkrecht zu der Stirnfläche 121, die zwischen einer Oberseite 125 der Trittfläche 120 und der Oberseite 122 der Verteilerplatine 102 angeordnet ist. Die Trittfläche 120 steht auch senkrecht zu einer Stirnfläche 126, die zwischen der Oberseite 125 der Trittfläche 120 und der Unterseite 123 der Verteilerplatine 102 verläuft.
2 zeigt eine Anordnung 130, die das in 1 dargestellte elektronische Bauelement 100 und eine Leiterplatte 131 enthält. Die Leiterplatte 131 besteht aus mehreren nicht leitenden Schichten 132, 133, 134, 135, einer Verteilerstruktur 136 und einer Aussparung 137 mit einer Stufe 138. Die Stufe 138 ragt in den unteren Bereich der Aussparung 137 hinein, so dass der obere Bereich der Aussparung 137 lateral größer ist als ein unterer Bereich der Aussparung 137, der durch die Stufe 138 begrenzt ist. Die Verteilerstruktur 136 der Leiterplatte 131 ist leitend und hat eine äußere Kontaktfläche 139, die auf der Stufe 138 der Leiterplatte 131 angeordnet ist. Die Kontaktfläche 139 ist so konfiguriert, dass sie der Position der äußeren Kontaktfläche 110 des elektronischen Bauelements 100 entspricht, wenn das elektronische Bauelement 100 in der Aussparung 137 platziert ist.
Das elektronische Bauelement 100 ist so angeordnet, dass seine Oberseite 122, die ein kleineres laterales Ausmaß hat, zu der Aussparung 137 zeigt, und seine Unterseite 123, die ein größeres laterales Ausmaß als die Oberseite 122 hat, von der Aussparung 137 abgewandt ist. Das elektronische Bauelement kann in dieser Ausrichtung in die Aussparung 137 eingeführt werden.
Wenn das elektronische Bauelement 100 in der Aussparung 137 platziert ist, ist die Stufe 109 in der Seitenfläche 108 des elektronischen Bauelements formschlüssig mit der Stufe 138 in der Aussparung 137 der Leiterplatte 131 verbunden und wird von ihr getragen. Das elektronische Bauelement 100 ist über eine leitende Verbindung 141 zwischen der äußeren Kontaktfläche 110 und der Kontaktfläche 139 der Leiterplatte 131 elektrisch mit der Verteilerstruktur 136 der Leiterplatte 131 verbunden.
In dem Teil der Leiterplatte 131, der in 2 dargestellt ist, enthält eine Seitenfläche 140 der Aussparung 137 die Stufe 138, die in Form und Ausmaß der Stufe 109 des elektronischen Bauelements 100 entspricht. In manchen Ausführungsformen kann die Stufe der Leiterplatte größer als die Stufe des elektronischen Bauelements, z. B. etwas breiter oder etwas tiefer sein. Ein gewisses Spiel ist auch zur leichteren Einführung des elektronischen Bauelements 100 in die Aussparung 137 wünschenswert.
Die Verteilerstruktur 136 der Leiterplatte 131 umfasst mehrere elektrisch leitende Schichten 142, die auf der Außenseite der nicht leitenden Schichten 133, 135 und an der Schnittstelle zwischen den nicht leitenden Schichten 132 und 133, 133 und 134 sowie 134 und 135 angeordnet sind. Jede der leitenden Schichten 142 kann so strukturiert sein, dass sie eine oder mehr Leiterbahnen bereitstellt. Die Verteilerstruktur 136 enthält ferner eine oder mehr leitende Durchkontaktierungen 143, die zwischen Leiterbahnen verschiedener leitender Schichten 142 verlaufen und diese elektrisch miteinander verbinden. Die Kontaktfläche 139 wird durch einen freiliegenden Bereich einer leitenden Schicht 142 gebildet, deren übriger Teil innerhalb der Leiterplatte 131 liegt, und zwar insbesondere zwischen den nicht leitenden Schichten 133 und 134.
Die äußere Kontaktfläche 110 kann über eine Lötverbindung oder eine elektrisch leitende Klebverbindung auf der Kontaktfläche 139 befestigt sein. Das Halbleiterbauelement 101 ist mithilfe der internen Verteilerstruktur 107 des elektronischen Bauelements 100 mit der Verteilerstruktur 136 der Leiterplatte 131, der leitenden Verbindung 141 zwischen dem elektronischen Bauelement 100 und der Leiterplatte 131 sowie mit weiteren auf oder in der Leiterplatte 131 montierten Komponenten, die in der Ansicht von 2 nicht dargestellt sind, elektrisch verbunden.
Die Leiterbahnen der leitenden Schichten 142 und die leitenden Durchkontaktierungen 143 der Leiterplatte 131 haben deutlich größere Abmessungen als die Leiterbahnen der leitenden Schichten 111, 112, 113 und die Durchkontaktierungen 114 des elektronischen Bauelements 100. Dadurch kann die Verteilerstruktur 136 der Leiterplatte 131 mit einfacheren Fertigungsverfahren hergestellt werden, die zur Massenfertigung geeignet sind. Dies ist zweckmäßig, weil die Leiterplatte 131 in der Regel deutlich größer als das elektronische Bauelement 100 ist.
Die Leiterbahnen und leitenden Durchkontaktierungen der Verteilerstruktur des elektronischen Bauelements 100 sind viel feiner strukturiert und viel komplexer herzustellen. Indem das elektronische Bauelement 100 mit einer Fanout-Struktur bereitgestellt wird, so dass seine äußere Kontaktfläche 110 einen elektrischen Bereich hat, der zur einfachen Montage des elektronischen Bauelements 100 auf der Kontaktfläche 139 der Leiterplatte 131 geeignet ist, kann der Einsatz komplexerer und teurerer Fertigungsverfahren auf diejenigen beschränkt werden, die nur für das elektronische Bauelement 100 erforderlich sind.
Durch die mehrschichtige Struktur der Verteilerplatine 102 des elektronischen Bauelements 100 kann die Verteilerstruktur 107 ferner zusätzliche Funktionen innerhalb des elektronischen Bauelements 100 bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Stromsensorfunktion für einen Transistor mithilfe einer Leiterbahn zwischen den nicht leitenden Schichten bereitgestellt werden, in denen der Halbleiterchip, d. h. der Transistor, eingebettet ist. In dieser Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Verteilerstruktur für die Stromsensorfunktion neben der Seitenfläche des Transistors innerhalb der Verteilerplatine 102 angeordnet.
3 zeigt ein elektronisches Bauelement 150 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das elektronische Bauelement 150 enthält ein Halbleiterbauelement 151 und eine Verteilerplatine 152 mit vier nicht leitenden Schichten 153, 154, 155, 156 und eine leitende Verteilerstruktur 157 mit drei leitenden Schichten 158, 159, 160. Die Verteilerplatine 152 ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt und kann zum Beispiel mehrere oder weniger leitende und/oder nicht leitende Schichten enthalten. Die leitende Schicht 158 ist zwischen den nicht leitenden Schichten 153, 154, die leitende Schicht 159 ist zwischen den nicht leitenden Schichten 154, 155, und die leitende Schicht 160 ist zwischen den nicht leitenden Schichten 155, 156 angeordnet. Die Verteilerstruktur 157 enthält auch eine elektrisch leitende Durchkontaktierung 161, die zwischen einer Leiterbahn in der leitenden Schicht 159 und einer Leiterbahn in der leitenden Schicht 160 verläuft.
Das Halbleiterbauelement 151 ist ein vertikaler Transistor mit einer ersten Stromelektrode 162 auf einer ersten Hauptoberfläche 163 und einer zweiten Stromelektrode 164 auf einer gegenüberliegenden Hauptoberfläche 165. Als vertikaler Transistor wird ein Transistor bezeichnet, in dem die Driftstrecke vertikal und orthogonal zu den beiden Hauptoberflächen verläuft.
Das Halbleiterbauelement 151 weist eine Höhe auf, die größer ist als die Dicke der einzelnen nicht leitenden Schichten 153, 154, 155, 156 der Verteilerplatine 152. Das Halbleiterbauelement 151 ist in der Verteilerplatine 152 eingebettet, wobei seine erste Hauptoberfläche 163 auf einer Leiterbahn der leitenden Schicht 158 an der Schnittstelle zwischen den nicht leitenden Schichten 153, 154 montiert ist. Die gegenüberliegende Hauptoberfläche 165 liegt innerhalb der nicht leitenden Schicht 155 und ist über mehrere leitende Durchkontaktierungen 166 elektrisch mit einer Leiterbahn der leitenden Schicht 160 verbunden, die zwischen den nicht leitenden Schichten 155, 156 platziert ist.
Das elektronische Bauelement 150 hat eine erste Hauptebene 168 des elektronischen Bauelements 150 und eine zweite Hauptebene 169, die allgemein parallel zueinander verlaufen. Die erste Hauptebene 168 hat ein größeres laterales Ausmaß als die zweite Hauptebene 169. Das elektronische Bauelement 150 unterscheidet sich von dem elektronischen Bauelement in der ersten Ausführungsform in der Anordnung der ersten Seitenfläche 167, die zwischen der ersten Hauptoberfläche 168 und der zweiten Hauptoberfläche 169 verläuft.
Die Seitenfläche 167 hat von der zweiten Hauptoberfläche 169 bis zur ersten Hauptebene 168 mehrere Stufen. Die nicht leitende Schicht 154 ragt über die Seitenfläche 170 der nicht leitenden Schicht 153 hinaus. Die nicht leitende Schicht 155 ragt über die Seitenfläche 171 der nicht leitenden Schicht 154 hinaus, und die nicht leitende Schicht 156 ragt über die Seitenfläche 172 der nicht leitenden Schicht 155 hinaus. Die hervorstehenden Bereiche 174, 175, 176 der nicht leitenden Schichten 153, 154, 155 haben jeweils eine äußere Kontaktfläche 177, 178, 179 der Verteilerstruktur 157 des elektronischen Bauelements 150.
Die äußere Kontaktfläche 177 bildet eine erste Stromkontaktfläche für die erste Stromelektrode 162 des Halbleiterbauelements 151. Die Kontaktfläche 179 bildet eine zweite Stromkontaktfläche für die zweite Stromelektrode 164 des Halbleiterbauelements 151. Die Kontaktfläche 178 stellt eine Stromsensorfunktion für das elektronische Bauelement 150 bereit. Die Verteilerstruktur 157 hat eine Durchkontaktierung 161 zwischen einer Leiterbahn der leitenden Schicht 160, die mit der ersten Stromelektrode 162 des Halbleiterbauelements 151 verbunden ist, und einer Leiterbahn 173, die die Kontaktfläche 177 bildet. Die leitende Durchkontaktierung 161 enthält ein Material mit einem höheren spezifischen Widerstand als das Material der Leiterbahnen, was eine Stromsensorfunktion über die Kontaktfläche 177 ermöglicht.
3 zeigt auch eine Leiterplatte 180 mit einer Aussparung 181 zur Aufnahme des elektronischen Bauelements 150. Die Aussparung 181 hat eine Seitenfläche 182 mit drei Stufen 183, 184, 185, die formschlüssig mit den vorstehenden Bereichen 174, 175, 176 des elektronischen Bauelements 150 verbunden sind und diese tragen. Die Leiterplatte 180 hat fünf nicht leitende Schichten 186, 187, 188, 189, 190, die stapelförmig angeordnet sind, und eine Verteilerstruktur 191. Die Leiterplatte 180 ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt und kann weitere nicht leitende und leitende Schichten enthalten. Die Aussparung 181 ist zu einer Hauptoberfläche der Leiterplatte hin offen, um das elektronische Bauelement 150 aufzunehmen. Die unterste nicht leitende Schicht 186 bildet eine geschlossene Grundfläche der Aussparung 181 zur Aufnahme des elektronischen Bauelements 150.
Die Leiterplatte 180 hat eine Verteilerstruktur 191 mit Leiterbahnen 192, die auf und zwischen den nicht leitenden Schichten und leitenden Durchkontaktierungen 193 angeordnet sind, die durch die Dicke von einer oder mehreren Schichten verlaufen, so dass eine dreidimensionale Verteilerstruktur 191 entsteht.
Das laterale Ausmaß und die Innenkontur der Aussparung 181 entsprechen in der Regel denen des elektronischen Bauelements 150. Die zweite Hauptebene 169 mit der kleineren lateralen Fläche zeigt nach unten zur Aussparung 181 der Leiterplatte 180, und die erste Hauptebene 168 mit der größeren lateralen Fläche zeigt nach oben und ist von der Leiterplatte 180 abgewandt. Die Tiefe der Aussparung 181 entspricht der Höhe des elektronischen Bauelements 150, da die Aussparung 181 in vier nicht leitenden Schichten der Leiterplatte 180 vorgesehen ist und das elektronische Bauelement 150 ebenfalls aus vier nicht leitenden Schichten gebildet ist, deren Dicke jeweils der Dicke der nicht leitenden Schichten der Leiterplatte 180 entspricht.
Die hervorstehenden Bereiche 174, 175, 176 des elektronischen Bauelements 150 erstrecken sich entlang der Breite der Seitenfläche 167 des elektronischen Bauelements 150. In gleicher Weise erstrecken sich die Stufen 183, 184, 185 der Aussparung 181 über die gesamte Seite der Aussparung 181.
Die drei Stufen 183, 184, 185 der Leiterplatte 180 haben jeweils eine Kontaktfläche 194, 195, 196, die elektrisch mit der Verteilerstruktur 191 der Leiterplatte 180 verbunden ist. Das elektronische Bauelement 150 ist so in der Aussparung 181 montiert, dass die äußere Kontaktfläche 177 auf der Kontaktfläche 194 der nicht leitenden Schicht 187 montiert und elektrisch mit dieser verbunden ist, die äußere Kontaktfläche 178 des elektronischen Bauelements 150 auf der Kontaktfläche 195 der Leiterplatte 180 montiert und elektrisch mit dieser verbunden ist und die äußere Kontaktfläche 179 des elektronischen Bauelements 150 auf der Kontaktfläche 196 der nicht leitenden Schicht 189 der Leiterplatte 180 montiert und elektrisch mit dieser verbunden ist.
Die Leiterplatte 180 kann erheblich größer als das elektronische Bauelement 150 sein. Zum Beispiel kann das elektronische Bauelement 150 ein einzelner Transistor sein, z. B. ein MOSFET, IGBT, HEMT (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit), und eine laterale Fläche in der Größenordnung einiger Millimeter haben. Die Leiterplatte 180 kann eine laterale Fläche in der Größenordnung von Quadratmetern haben.
Die äußeren Kontaktflächen 177, 178, 179 des elektronischen Bauelements 150 haben jeweils eine laterale Fläche, die größer ist als die der inneren Kontaktflächen, insbesondere der leitenden Durchkontaktierungen 161, die zwischen der Verteilerstruktur 157 des elektronischen Bauelements 150 und dem Halbleiterbauelement 151 verlaufen. Zum Beispiel können die inneren Kontaktflächen Abmessungen in der Größenordnung von mehreren -zig Mikrometern haben, während die äußeren Kontaktflächen 177, 178, 179 jeweils eine Fläche in der Größenordnung von Quadratmillimetern haben können. Aufgrund der größeren Maße der äußeren Kontaktflächen 177, 178, 179 können die äußeren Kontaktflächen 177, 178, 179 direkt mit Lot, elektrisch leitendem Kleber usw. auf den Kontaktflächen 194, 195, 196 der Stufen 183, 185, 186 der Aussparung 181 montiert werden.
4 zeigt ein elektronisches Bauelement 200 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das elektronische Bauelement 200 enthält einen Halbleiterchip 201 und eine Verteilerplatine 202, die eine Verteilerstruktur 203 mit Leiterbahnen und leitenden Durchkontaktierungen hat. Die Verteilerplatine 202 kann zwei oder mehr nicht leitende Schichten haben und hat in der dritten Ausführungsform vier nicht leitende Schichten 204, 205, 206, 207.
Das elektronische Bauelement 200 unterscheidet sich von dem elektronischen Bauelement 150 der zweiten Ausführungsform in der Form der Außenkontur der Verteilerplatine 202. In zwei oder mehr Seitenflächen der Verteilerplatine 202 ist mindestens eine Stufe vorgesehen.
Die Verteilerplatine 202 hat eine obere Hauptoberfläche 208 und eine untere Hauptoberfläche 209, die in der Regel parallel zueinander liegen. Die obere Hauptoberfläche 208 ist lateral größer als die untere Hauptoberfläche 209. Zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 210, 211 der Verteilerplatine 202 haben von der unteren Hauptoberfläche 209 bis zur oberen Hauptoberfläche 208 jeweils drei Stufen 212, 213, 214.
Die Stufe 212 wird durch Randbereiche der nicht leitenden Schicht 205 gebildet, die sich über das laterale Ausmaß der benachbarten nicht leitenden Schicht 204 erstreckt oder darüber hinausragt. In gleicher Weise wird die Stufe 213 an den zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 210, 211 des elektronischen Bauelements 200 durch Randbereiche der nicht leitenden Schicht 206 gebildet, die über das laterale Ausmaß der benachbarten nicht leitenden Schicht 205 hinausragt, und wird die Stufe 214 durch die Randbereiche der nicht leitenden Schicht 207 gebildet, die über die benachbarte nicht leitende Schicht 206 hinausragt.
Die Stufen 212, 213, 214 können durch Entfernen eines Randbereichs der nicht leitenden Schichten 204, 205, 206 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Verteilerplatine 202 erzeugt werden. Ein Randbereich mit einer Breite w der nicht leitenden Schicht 206 kann entfernt werden, und ein Bereich einer darunter liegenden leitenden Schicht kann freigelegt werden, um eine äußere Kontaktfläche zu erzeugen. Ein Randbereich mit einer Breite 2w der nicht leitenden Schicht 205 kann entfernt werden, und ein Bereich einer darunter liegenden leitenden Schicht kann freigelegt werden, um eine äußere Kontaktfläche zu erzeugen. Ein Randbereich mit einer Breite 3w der nicht leitenden Schicht 204 kann entfernt werden, und ein Bereich einer darunter liegenden leitenden Schicht kann freigelegt werden, um eine äußere Kontaktfläche zu erzeugen.
Das elektronische Bauelement 200 hat mehrere äußere Kontaktflächen 215, die auf den hervorstehenden Randbereichen der nicht leitenden Schichten 205, 206, 207 angeordnet sind, die die Stufen 212, 213, 214 bilden. Diese äußeren Kontaktflächen 215 werden durch freiliegende Bereiche der Verteilerstruktur 203 des elektronischen Bauelements 200 erzeugt und bieten die Möglichkeit zur elektrischen Verbindung des Halbleiterchips 201 mit einer weiteren Komponente oder Komponenten außerhalb des elektronischen Bauelements 200.
In der dargestellten Ausführungsform haben die zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 210, 211 eine gleichartige Kontur, so dass das elektronische Bauelement 200 eine spiegelsymmetrische Kontur hat. In anderen Ausführungsformen können auch drei oder vier Seiten des elektronischen Bauelements die gleiche Struktur haben. In Ausführungsformen, bei denen alle vier Seiten der Verteilerplatine die gleiche gestufte Struktur haben, kann das elektronische Bauelement 200 als pyramidenförmig bezeichnet werden.
Das elektronische Bauelement 200 kann in der Aussparung 221 einer Leiterplatte 220 montiert sein, deren Größe und Innenkontur der Außenkontur des elektronischen Bauelements 200 entspricht. Die Aussparung 221 hat einander gegenüberliegende Seitenflächen 222, 223 mit jeweils drei Stufen 224, 225, 226, die den drei Stufen 212, 213, 214 der beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen 210, 211 des elektronischen Bauelements 200 entsprechen.
Die Leiterplatte 220 hat auch eine Verteilerstruktur 227 mit leitenden Schichten 228, die auf oder zwischen nicht leitenden Schichten 229 platziert sind, und leitenden Durchkontaktierungen 230 zwischen Leiterbahnen 231 der leitenden Schichten 228, die auf beiden Seiten einer der nicht leitenden Schichten 229 angeordnet sind. Randbereiche der nicht leitenden Schichten 229 bilden die Stufen 224, 225, 226.
Die Leiterplatte 220 hat auch freiliegende Kontaktflächen 232 auf den Stufen 224, 225, 226, die durch freiliegende Bereiche der leitenden Schichten 228 gebildet werden, insbesondere der äußeren Enden von Leiterbahnen 231 der leitenden Schichten 228 der Verteilerstruktur 227. Die Kontaktflächen 232 sind auf der horizontalen Oberseite der Stufen 224, 225, 226 an Stellen angeordnet, die denen der äußeren Kontaktflächen 215 des elektronischen Bauelements 200 entsprechen, so dass die äußeren Kontaktflächen 215 des elektronischen Bauelements 200 elektrisch mit der Verteilerstruktur 227 der Leiterplatte 220 verbunden sein können.
Die äußeren Kontaktflächen 232 können auf einer oder mehr der Stufen 212, 213, 214 auf einer, zwei oder mehr Seiten der Aussparung angeordnet 221 sein. Die Kontaktflächen 232 der Leiterplatte 220 haben eine Anordnung, die der des elektronischen Bauelements 200 entspricht, wenn das elektronische Bauelement 200 in der Aussparung 221 platziert ist.
Die Stufen 224, 225, 226 der Aussparung 221 werden durch Randbereiche der gestapelten nicht leitenden Schichten 229 der Leiterplatte 220 gebildet, die in die Aussparung 221 hineinragen. Eine unterste nicht leitende Schicht 233 reicht am weitesten in die Aussparung 221 hinein und hat einen Ausschnitt 234 zur Aufnahme eines Teils des elektronischen Bauelements, und zwar der nicht leitenden Schicht 204 des elektronischen Bauelements 200, die das kleinste laterale Ausmaß hat. Die benachbarte nicht leitende Schicht 235 des Stapels ragt weniger weit in die Aussparung 221 hinein als die unterste leitende Schicht 233, jedoch weiter als die benachbarte nicht leitende Schicht 235, die über der nicht leitenden Schicht 233 angeordnet ist. In gleicher Weise ist die oberste nicht leitende Schicht 236 des Stapels so auf der nicht leitenden Schicht 235 angeordnet, dass der Randbereich der nicht leitenden Schicht 235 nicht bedeckt ist. Auf diesen freiliegenden Randbereichen können eine oder mehr Kontaktflächen 232 angeordnet sein.
Die Aussparung 221 kann in der Leiterplatte 220 durch Entfernen von Teilen einer vorgefertigten mehrschichtigen Leiterplatte erzeugt werden. Die Aussparung 221 kann auch während der Herstellung der Leiterplatte 220 erzeugt werden, indem jede Schicht strukturiert wird, wenn sie dem Stapel hinzugefügt wird. Die nicht leitenden Schichten können mit einem Ausschnitt versehen und übereinander gestapelt sein, so dass eine Aussparung 221 mit gewünschter Innenkontur entsteht.
Die nicht leitende Schicht 205 des elektronischen Bauelements 200 ist in einem Ausschnitt 237 angeordnet, der durch die nicht leitende Schicht 235 der Leiterplatte 220 gebildet wird. Die nicht leitende Schicht 206 des elektronischen Bauelements 200 ist in einem Ausschnitt 238 angeordnet, der durch die nicht leitende Schicht 236 der Leiterplatte 220 gebildet wird, und die nicht leitende Schicht 207 des elektronischen Bauelements 200 ist in einem Ausschnitt 239 angeordnet, der durch die nicht leitende Schicht 236 der Leiterplatte 220 gebildet wird.
5 zeigt eine Anordnung 250 mit zwei elektronischen Bauelementen 200', 200''. Die elektronischen Bauelemente 200', 200'' entsprechen dem elektronischen Bauelement 200 und haben eine Anordnung, bei der die eine umgekehrt zu der anderen ausgerichtet ist.
Das elektronische Bauelement 200' ist mit der größten Hauptoberfläche 208 in eine Richtung ausgerichtet, z. B. nach unten, und ihm gegenüber ist das andere elektronische Bauelement 200'' mit der größten Hauptoberfläche 209 in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet, z. B. nach oben. Dadurch können die Stufen 212'', 213'', 214'' am zweiten elektronischen Bauelement 200'' jeweils auf den Stufen 212', 213', 214' des anderen elektronischen Bauelements 200' montiert und von diesen getragen werden. Die beiden elektronischen Bauelemente 200', 200'' sind über ihre jeweiligen äußeren Kontaktflächen 215 elektrisch miteinander verbunden.
Mit der Anordnung 250 lassen sich Schaltkreise aus zwei oder mehr elektronischen Bauelementen erzeugen. Zum Beispiel kann durch Zusammenbau der beiden elektronischen Bauelemente 200', 200'' eine Halbbrückenschaltung erzeugt werden, wenn jedes der elektronischen Bauelemente 200', 200'' einen Transistor enthält. Die leitende Verteilerstruktur 203', 203'' der elektronischen Bauelemente 200', 200'' kann abweichen, um die gewünschte Schaltung zu erzeugen, wenn die elektronischen Bauelemente 200', 200'' zusammengebaut sind. Bei der in 5 dargestellten Anordnung 250 hat das elektronische Bauelement 200' eine auf der Stufe 212 freiliegende Kontaktfläche 215', die auf der Kontaktfläche 215'' des elektronischen Bauelements 200'' montiert ist und eine Source-Elektrode 252 des Transistors 201' mit einer Drain-Elektrode 253 des Transistors 201'' verbindet, so dass sie einen Knoten einer Halbbrückenschaltung bildet.
Eine Kaskodenschaltung kann erzeugt werden, indem die Gate-Elektrode eines ersten Transistors (z. B HEMT) über eine geeignete leitende Struktur innerhalb der Verteilerplatine 202', 202'' der beiden elektronischen Bauelemente 200', 200'' mit der Source-Elektrode eines zweiten Transistors (z. B. MOSFET) verbunden wird.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform sind zwei elektronische Bauelemente zusammengefügt. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl elektronischer Bauelemente zusammengefügt werden, um eine gewünschte Schaltung oder ein Untermodul zu erzeugen. Die elektronischen Bauelemente können auch unterschiedliche Halbleiterbauelemente enthalten, z. B. kann ein elektronisches Bauelement einen Transistor enthalten und ein anderes elektronisches Bauelement einen Gate-Treiber für den Transistor.
Die elektronischen Bauelemente oder das Untermodul, das eine Anzahl vormontierter elektronischer Bauelemente enthält, kann in einer Aussparung einer Leiterplatte montiert werden, deren laterale Größe und Kontur zur Aufnahme der Kombination von elektronischen Bauelementen geeignet sind. Die Kombination von Bauelementen kann mit der Verteilerstruktur der Leiterplatte elektrisch über Kontaktflächen verbunden sein, die auf Stufen der Außenflächen der elektronischen Bauelemente und auf Stufen in den Seitenflächen der Aussparung angeordnet sind. Die Kontakte können aber auch durch andere Mittel gebildet werden, wie z. B. Bonddrähte, Metallbänder oder Klemmen usw.
Eine oder mehr Stufen des elektronischen Bauelements können ohne Kontaktfläche sein. Diese Stufen des elektronischen Bauelements können mit einem nicht leitenden Klebstoff oder mit einem leitenden Klebstoff, wie zur Montage der Kontaktflächen an Kontaktflächen der Leiterplatte verwendet, auf Stufen in der Aussparung montiert sein. Alternativ können Stufen ohne Kontaktflächen auch frei von Klebstoff und auch in keiner anderen Weise mit der entsprechenden Stufe der Leiterplatte verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform wird die mechanische Verbindung zwischen dem elektronischen Bauelement und der Leiterplatte allein durch die Verbindungen zwischen den äußeren Kontaktflächen des elektronischen Bauelements und den Kontaktflächen der Leiterplatte hergestellt.
Bei den bislang dargestellten Ausführungsformen enthielt jedes elektronische Bauelement ein einziges Halbleiterbauelement, z. B. einen einzigen Transistor. Es kann aber auch ein elektronisches Bauelement mit zwei oder mehr Halbleiterbauelementen bereitgestellt werden, die in einer Verteilerplatine mit einer oder mehr Stufen in einer oder mehr Seitenflächen eingebettet sind.
6 zeigt ein elektronisches Bauelement 260, das zwei Halbleiterbauelementen 261, 262 enthält, bei denen es sich in dieser speziellen Ausführungsform um Transistoren handelt. Die beiden Halbleiterbauelemente 261, 262 sind in einer gestapelten Konfiguration innerhalb einer Verteilerplatine 263 angeordnet.
Die Verteilerplatine 263 hat vier nicht leitende Schichten 264, 265, 266, 267 und eine leitende Verteilerstruktur 268 mit einer zwischen den nicht leitenden Schichten 267, 266 angeordneten Leiterbahn 269, einer zwischen den nicht leitenden Schichten 266, 265 angeordneten Leiterbahn 270, einer zwischen den nicht leitenden Schichten 265, 264 angeordneten Leiterbahn 271 und einer auf der Unterseite der nicht leitenden Schicht 264 angeordneten Leiterbahn 272. Die Verteilerstruktur enthält ferner eine leitende Durchkontaktierung 273 zwischen den Leiterbahnen 270 und 271 und eine leitende Durchkontaktierung 274 zwischen den Leiterbahnen 271 und 272.
Das Halbleiterbauelement 261 hat eine Unterseite, die auf der Leiterbahn 271 montiert ist, und eine Höhe, die so bemessen ist, dass die gegenüberliegende Oberseite 275 des Halbleiterbauelements 261 innerhalb der Dicke der nicht leitenden Schicht 266 liegt. Die Verteilerstruktur 268 enthält weitere leitende Durchkontaktierungen 276, die von der Oberseite 275 des ersten Halbleiterbauelements 261 zu der Leiterbahn 269 verlaufen, die sich zwischen den nicht leitenden Schichten 266 und 267 befindet.
Das zweite Halbleiterbauelement 262 ist in einer ersten nicht leitenden Schicht 264 angeordnet und hat Kontakt zu den Leiterbahnen 271 und 272.
Wie bei den elektronischen Bauelementen der zweiten und dritten Ausführungsform, die in 3 bis 5 dargestellt sind, hat mindestens eine Seitenfläche 277 der Verteilerplatine 263 mehrere Stufen 278, die durch Entfernen eines Teils der benachbarten nicht leitenden Schicht erzeugt werden. Die nicht leitende Schicht 265 liegt über der nicht leitenden Schicht 264 und ragt über diese hinaus. Die nicht leitende Schicht 266 liegt über der nicht leitenden Schicht 265 und ragt über diese hinaus, und die nicht leitende Schicht 267 liegt über der nicht leitenden Schicht 266 und ragt über diese hinaus. Jede der Stufen 278 hat mindestens eine äußere Kontaktfläche 279. Jede der äußeren Kontaktflächen 279 wird durch einen freiliegenden Teil einer der Leiterbahnen 269, 270, 271 gebildet, die auf einem hervorstehenden Randbereich der nicht leitenden Schichten 265, 266, 267 angeordnet sind.
Die in 6 dargestellte Ausführungsform bildet eine Halbbrückenschaltung. Bei dem zweiten Halbleiterbauelement 262, das den unteren Transistor des Stapels bildet, ist die Drain-Elektrode unten angeordnet und elektrisch mit der Leiterbahn 272 und der äußeren Kontaktfläche 281 verbunden, die sich auf der nicht leitenden Schicht befindet. Die Source-Elektrode 283 ist auf der Oberseite des Halbleiterbauelements 262 platziert und elektrisch mit der Leiterbahn 285 verbunden, die wiederum elektrisch mit der äußeren Kontaktfläche 280 verbunden ist, die sich auf der nicht leitenden Schicht 266 befindet. Die Gate-Elektrode 290 ist auf der Oberseite des Halbleiterbauelements 262 angeordnet und elektrisch mit einer Leiterbahn 291 der Verteilerstruktur 268 verbunden.
Das Halbleiterbauelement 261 ist mit der Drain-Elektrode nach unten angeordnet. Die Drain-Elektrode 286 ist auf der Leiterbahn 285 montiert und über diese mit der Source-Elektrode des unteren Transistors 262 und dadurch mit der äußeren Kontaktfläche 280 verbunden. Die äußere Kontaktfläche 280 bietet Zugang zum Knoten der Halbbrückenstruktur.
Die Source-Elektrode 287 und die Gate-Elektrode 288 auf der Oberseite 289 des ersten Halbleiterbauelements 261 sind elektrisch mit der Leiterbahn 269 verbunden und reichen bis zu den Kontaktflächen 279 auf der nicht leitenden Schicht 267.
Das elektronische Bauelement 260 kann in gleicher Weise wie bei der in 3 dargestellten Ausführungsform auf der Leiterplatte 180 montiert sein, die eine Aussparung 181 und eine Verteilerstruktur 191 enthält. Zum Beispiel kann das elektronische Bauelement 260 in eine Aussparung 181 der Leiterplatte 180 eingeführt sein, so dass die Kontaktflächen 279, 280, 281 auf den Stufen 278 formschlüssig mit den Kontaktflächen 194, 195, 196 auf den Stufen 183, 184, 185 der Leiterplatte 180 verbunden sind.
7 zeigt ein elektronisches Bauelement 300 gemäß einer fünften Ausführungsform. Das elektronische Bauelement 300 enthält zwei Halbleiterbauelemente 310, 302, die in einer gemeinsamen Aussparung 303 innerhalb der Verteilerplatine 304 angeordnet sind. Die Verteilerplatine 304 umfasst mehrere nicht leitende Schichten und mehrere leitende Schichten. In der in 7 dargestellten Ausführungsform enthält die Verteilerplatine vier nicht leitende Schichten 305, 306, 307, 308 und drei leitende Schichten 309, 310, 311, die jeweils zwischen den nicht leitenden Schichten 305 und 306, zwischen den nicht leitenden Schichten 306 und 307 und zwischen den nicht leitenden Schichten 307 und 308 angeordnet sind. Die Verteilerplatine ist jedoch nicht auf diese Anzahl nicht leitender Schichten und leitender Schichten beschränkt, sondern kann auch eine größere oder kleinere Anzahl nicht leitender und leitender Schichten haben.
Die Aussparung 303 ist in den nicht leitenden Schichten 306, 307 platziert und kann geeignete Abmessungen zur Aufnahme von zwei oder mehr Halbleiterbauelementen haben. Die Halbleiterbauelemente können vollständig innerhalb der Aussparung platziert sein oder bis zu einer Oberseite der Aussparung reichen. Bei den Halbleiterbauelementen kann es sich zum Beispiel um ungehäuste Halbleiterchips, so genannte Bare Dies oder Nacktchips, oder gehäuste Chips handeln. Die Halbleiterbauelemente können elektrisch mit einer Umverdrahtungsstruktur 308 verbunden sein, die am Boden und/oder an den Wänden der Aussparung 303 platziert ist.
Die Verteilerplatine 304 des elektronischen Bauelements 300 hat mindestens eine Seitenfläche 309 mit mindestens einer Stufe 310 und mindestens einer darauf freiliegenden äußeren Kontaktfläche 311, die zur Verteilerstruktur 312 der Verteilerplatine 304 gehört. Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform hat die Seitenfläche 309 drei Stufen 310, auf denen sich jeweils mindestens eine äußere Kontaktfläche 311 des elektronischen Bauelements 300 befindet.
Das elektronische Bauelement 300 kann auf einer Leiterplatte 180 montiert sein, die eine Aussparung 181 und eine Verteilerstruktur 191 enthält. Zum Beispiel kann das elektronische Bauelement 300 in eine Aussparung 181 oder einen Ausschnitt der Leiterplatte 180 eingeführt sein, so dass die Kontaktflächen 311 auf den Stufen 310 formschlüssig mit den Kontaktflächen 194, 195, 196 auf den Stufen 183, 184, 185 der Leiterplatte 180 verbunden sind.
8 zeigt einen Teil einer Leiterplatte 330, und zwar eine Oberseite 331, die eine Aussparung 332 zur Aufnahme eines elektronischen Bauelements hat. Die Aussparung 332 hat eine in der Regel rechteckige Pyramidenform mit einem oberen größeren Ausschnitt 333, einem mittleren Ausschnitt 334 und einem unteren Ausschnitt 355, wobei der mittlere Ausschnitt 334 eine laterale Fläche hat, die direkt zwischen der des oberen Ausschnitts 333 und des unteren Ausschnitts 335 liegt. Der obere Ausschnitt 333 und der mittlere Ausschnitt 334 haben am Rand einen Vorsprung oder eine Stufe 337, auf der freiliegende Bereiche der Leiterbahnen 336 einer mehrschichtigen Verteilerstruktur platziert sind. Die freiliegenden Bereiche der Leiterbahnen 336 dienen als Kontaktflächen 339. Die Verteilerstruktur enthält weitere Leiterbahnen 338, die auf der Oberseite 331 angeordnet sind, und leitende Durchkontaktierungen, die in 8 nicht dargestellt sind und durch die Dicke einer oder mehrerer nicht leitender Schichten verlaufen.
Die Aussparung 332 ist zur Oberfläche 331 hin offen und kann zur Aufnahme eines elektronischen Bauelements dienen, das eine entsprechende rechteckige Pyramidenform mit Stufen in vier Seitenflächen hat. Das elektronische Bauelement kann aber auch eine oder mehr Stufen an nur einer oder weniger als vier der Seiten haben und an einer oder weniger als vier der Seiten der Pyramide und in weniger als drei der Ausschnitte 333, 334, 335 der Aussparung 332 montiert sein.
Die Stufen 337 innerhalb der Aussparung 332 werden durch Teile nicht leitender Schichten der Leiterplatte 330 gebildet. Die Höhe der Stufen 337 entspricht der Dicke der nicht leitenden Schichten.
9 zeigt eine weitere Ansicht der Leiterplatte 330, in der der Verlauf einer Leiterbahn 340, die vom ersten freiliegenden Teil 341 im oberen Ausschnitt 333 der Aussparung 332 ausgeht, und einer zweiten Leiterbahn 342, die vom zweiten freiliegenden Teil 343 im oberen Ausschnitt 333 ausgeht, dargestellt ist. Die erste Leiterbahn 340 und die zweite Leiterbahn 342 sind in 9 durch gestrichelte Linien dargestellt, da sie innerhalb der Leiterplatte 330, und zwar zwischen der obersten nicht leitenden Schicht und der darunterliegenden nicht leitenden Schicht, verlaufen. Die Dicke dieser nicht leitenden Schichten bestimmt die Dicke der Ausschnitte 333, 334, 335 der Aussparung 332.
Die erste Leiterbahn 340 ist eine Niederspannungsleiterbahn, und die zweite Leiterbahn 342 ist eine Hochspannungsleiterbahn. Die Niederspannungsleiterbahn 340 und die Hochspannungsleiterbahn 342 sind auf der Leiterplatte 330 so angeordnet, dass sie sich nicht überlappen. Die Niederspannungsleiterbahn 340 ist so konfiguriert, dass sie mit Niederspannungselektroden eines in der Aussparung 332 montierten elektronischen Bauelements verbunden ist. Niederspannungselektroden sind z. B. Signalelektroden, Masseelektroden und eine Source-Elektrode eines n-MOSFET-Transistors. Die Hochspannungsleiterbahn 342 ist so konfiguriert, dass sie mit Hochspannungselektroden eines in der Aussparung 332 montierten elektronischen Bauelements verbunden ist. Eine Hochspannungselektrode kann z. B. eine Drain-Elektrode eines n-MOSFET-Transistors sein. Die nicht überlappende Anordnung der Niederspannungsleiterbahn und der Hochspannungsleiterbahn kann helfen, Kriechströme zu reduzieren.
Wie hierin verwendet wird, ist die Kriechstrecke als der kürzeste Weg zwischen zwei leitenden Materialien definiert, der entlang der Oberfläche eines dazwischenliegenden Isolators gemessen wird. Die Einhaltung einer Mindestkriechstrecke kann helfen, das Risiko im Laufe der Zeit auftretender Fehler zu reduzieren. Das Entstehen einer leitenden Strecke entlang der Isolatoroberfläche durch die über lange Zeiträume wirkende hohe Spannung, d. h. Kriechstrom, ist auf den Effektivwert zurückzuführen und kann auch von Umgebungsbedingungen abhängen, die durch einen Verschmutzungsgrad und die Werkstoffkennwerte des Isolators beschrieben werden können.
Die Niederspannungsleiterbahn 340 kann direkt mit einer Source-Elektrode eines Transistors verbunden sein, und die Hochspannungsleiterbahn 342 kann mit einer Hochspannungselektrode eines Transistors, wie z. B. einer Drain-Elektrode, verbunden sein.
Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform sind die Niederspannungsleiterbahn 340 und die Hochspannungsleiterbahn 342 in derselben Schicht der mehrschichtigen Leiterplatte angeordnet.
10 zeigt eine Ausführungsform der Leiterplatte 330, bei der die Niederspannungsleiterbahnen 340 und die Hochspannungsleiterbahnen 342 in verschiedenen Schichten innerhalb der mehrschichtigen Leiterplatte 330 angeordnet sind. Zum Beispiel können alle Hochspannungsleiterbahnen 342 in einer ersten Schicht 345 und alle Niederspannungsleiterbahnen 340 in einer zweiten Schicht 346 platziert sein, zwischen denen eine oder mehr nicht leitende Schichten 347 der Leiterplatte 330 liegen. Diese Anordnung kann auch helfen, Kriechströme zu reduzieren, weil die Kriechstrecke dadurch länger sein kann als bei einer Anordnung, in der die Hochspannungsleiterbahnen 342 und die Niederspannungsleiterbahnen 340 in einer gemeinsamen Schicht verlaufen.
Es können leitende Durchkontaktierungen 344 vorgesehen werden, um eine Leiterbahn 348 von einer benachbarten Schicht 349 in die Ebene umzuleiten, in der die entsprechenden Leiterbahnen der Verteilerstruktur platziert sind. Zum Beispiel kann eine Niederspannungsleiterbahn 348 in einer unteren Schicht über eine leitende Durchkontaktierung 344, die nahe der Aussparung 332 angeordnet ist, mit den Niederspannungsleiterbahnen 340 in der zweiten Schicht 346 verbunden werden.
In Ausführungsformen, bei denen die Hochspannungsleiterbahnen 342 in einer anderen Schicht als die Niederspannungsleiterbahnen 340 angeordnet sind, können die Niederspannungsleiterbahnen 340 und die Hochspannungsleiterbahnen 342 auch so angeordnet sein, dass sie sich nicht überlappen.
Im Folgenden werden Verfahren unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme beschrieben. Die Flussdiagramme 350 und 360 in den 11 und 12 beschreiben jeweils die mit einer Ausführungsform verbundenen Schritte eines Verfahrens zur Fertigung eines elektronischen Bauelements, bei dem ein Halbleiterbauelement in einer Verteilerplatine eingebettet ist, die mindestens eine Stufe in mindestens einer Seitenfläche hat. Es sei darauf hingewiesen, dass bei den Flussdiagrammen 350, 360 bestimmte Details und Merkmale ausgelassen wurden, die für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind. Zum Beispiel kann ein Schritt einen oder mehr Unterschritte enthalten oder mit speziellen Vorrichtungen oder Materialien verbunden sein, die in der Technik bekannt sind. Während die in den Flussdiagrammen 350 und 360 angegebenen Schritte 351 bis 353 und 361 bis 369 ausreichen, um eine Ausführungsform des Verfahrens zu beschreiben, können für andere Ausführungsformen andere Schritte erforderlich sein, als in den Flussdiagrammen 350, 360 gezeigt sind.
Der erste Schritt 351 im Flussdiagramm 350 umfasst die Bereitstellung eines elektronischen Bauelements, das eine Verteilerplatine mit mindestens einer ersten nicht leitenden Schicht, einer zweiten nicht leitenden Schicht und einer Umverdrahtungsstruktur enthält, wobei zwischen der ersten und zweiten nicht leitenden Schicht eine leitende Schicht platziert ist. Das Halbleiterbauelement ist in der Verteilerplatine eingebettet und mit der leitenden Schicht elektrisch verbunden.
Im nächsten Schritt 352 wird ein Randbereich von einer der nicht leitenden Schichten entfernt, z. B. durch Laserabtragung.
Im nächsten Schritt 353 wird ein Bereich der leitenden Schicht freigelegt, der vorher unter dem entfernten Randbereich von einer der nicht leitenden Schichten lag. Der freigelegte Bereich der leitenden Schicht ist auf einer hervorstehenden nicht leitenden Schicht angeordnet, die die Form einer Stufe hat. Der Randbereich der ersten nicht leitenden Schicht kann über die gesamte Länge von einer oder mehreren Seitenflächen des elektronischen Bauelements entfernt werden.
12 zeigt ein Flussdiagramm 360 eines Verfahrens zur Fertigung eines elektronischen Bauelements. Im ersten Schritt 361 wird eine Kernschicht in Form einer Platte bereitgestellt, die ein nicht leitendes Material, z. B. glasfaserverstärktes Epoxidharz, enthält. Im nächsten Schritt 362 wird die Kernschicht mit einem Klebstoff, z. B. einer Prepreg-Schicht, versehen. Im nächsten Schritt 363 wird eine leitende Schicht, z. B. eine Metallfolie (z. B. Kupferfolie), auf die Klebstoffschicht aufgebracht und optional so strukturiert, dass eine oder mehr Leiterbahnen entstehen. In nächsten Schritt 364 wird die leitende Schicht dann mit einer Klebstoffschicht versehen. Im nächsten Schritt 365 wird eine Kernschicht mit einem Ausschnitt auf die Klebstoffschicht gesetzt, und in Schritt 366 wird ein Halbleiterbauelement in dem Ausschnitt platziert. Im nächsten Schritt 367 wird eine weitere Klebstoffschicht aufgebracht und in Schritt 368 eine leitende Schicht. Optional können weitere Schichten hinzugefügt werden, so dass eine mehrschichtige Baugruppe entsteht. Im nächsten Schritt 369 wird die mehrschichtige Baugruppe dann, optional unter Druck, wärmebehandelt, um die verschiedenen Schichten der Verteilerplatine zu vereinen und das Halbleiterbauelement elektrisch mit den leitenden Schichten zu verbinden, so dass die Verteilerstruktur der Verteilerplatine entsteht, und um das Halbleiterbauelement in der Verteilerplatine einzubetten.
Um eine Stufe in einer Seitenfläche des elektronischen Bauelements zu erzeugen, kann ein Randbereich einer der äußeren nicht leitenden Schichten entfernt werden, um die darunterliegende Leiterbahn freizulegen, so dass eine äußere Kontaktfläche für das elektronische Bauelement entsteht. Zum Beispiel kann das Verfahren angewandt werden, das im Flussdiagramm 350 der 11 beschrieben ist.
In der Regel wird eine große Anzahl elektronischer Bauelemente aus derselben Platte gefertigt und die Platte geschnitten oder unterteilt, um einzelne elektronische Bauelemente zu erzeugen. Die Randbereiche können entweder vor oder nach dem Unterteilungsprozess entfernt werden, um freiliegende Bereiche der leitenden Schichten und äußere Kontaktbereiche zu erhalten.
Begriffe mit räumlichem Bezug wie z. B. „unter”, „unterhalb”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen dienen zur Veranschaulichung, um die Lage eines Elements zu einem zweiten Element zu beschreiben. Diese Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen des Elements zusätzlich zu den in den Abbildungen dargestellten Orientierungen umfassen.
Ferner werden Begriffe wie „erster”, „zweiter” und dergleichen auch verwendet, um verschiedene Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben, und sollen ebenfalls nicht als Einschränkung gelten. Gleiche Begriffe beziehen sich in der Beschreibung durchgehend auf gleiche Elemente.
Hier verwendete Begriffe wie „haben”, „enthalten”, „umfassen”, „einschließen”, „beinhalten” und dergleichen sind nicht einschränkend, sie verweisen auf das Vorhandensein angegebener Elemente oder Merkmale und schließen weitere Elemente oder Merkmale dabei nicht aus. Artikel wie „ein”, „eine”, „der”, „die”, „das” sollen sowohl den Plural als auch den Singular einschließen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Merkmale der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich anders festgelegt.
Obwohl hier spezielle Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, werden Fachleute auf dem Gebiet anerkennen, dass eine Vielzahl alternativer und/oder gleichwertiger Implementierungen an die Stelle der hier dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen treten kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Patentanmeldung soll alle Anpassungen und Varianten der hier erläuterten speziellen Ausführungsformen umfassen. Daher soll diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Entsprechungen begrenzt sein.

Claims

Elektronisches Bauelement, umfassend: mindestens ein Halbleiterbauelement; und eine Verteilerplatine, die mindestens zwei nicht leitende Schichten und eine leitende Verteilerstruktur umfasst, wobei das Halbleiterbauelement in der Verteilerplatine eingebettet und mit der Verteilerstruktur elektrisch verbunden ist und die Verteilerplatine eine Seitenfläche mit einer Stufe hat und eine äußere Kontaktfläche der Verteilerstruktur auf der Stufe angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die Stufe sich über die Länge der Seitenfläche streckt.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend: eine erste nicht leitende Schicht und eine zweite nicht leitende Schicht, wobei die erste nicht leitende Schicht aus einer Seitenfläche der zweiten nicht leitenden Schicht herausragt und die Stufe bildet.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stufe eine Trittfläche und eine Stirnfläche umfasst und die äußere Kontaktfläche auf der Trittfläche angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner eine zusätzliche Stufe in einer zweiten Seitenfläche der Verteilerplatine umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 is 5, wobei die Verteilerstruktur von mindestens einer inneren Kontaktfläche zu der äußeren Kontaktfläche eine Fanout-Verteilung umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verteilerstruktur mindestens eine Durchkontaktierung umfasst, die durch die Dicke von mindestens einer nicht leitenden Schicht verläuft.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Halbleiterbauelement ein Transistor ist.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, das ferner eine zusätzliche Verteilerstruktur mit Stromsensorfunktion umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 9, wobei die zusätzliche Verteilerstruktur mindestens eine elektrisch leitende Durchkontaktierung umfasst, die ein Material mit höherem spezifischem Widerstand als demjenigen einer Leiterbahn der Verteilerstruktur umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: ein erstes Halbleiterbauelement, das einen ersten Transistor umfasst; und ein zweites Halbleiterbauelement, das einen zweiten Transistor umfasst, wobei der zweite Transistor mindestens in einer Halbbrückenkonfiguration und/oder Kaskodenkonfiguration mit dem ersten Transistor geschaltet ist.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Halbleiterbauelement ein gehäustes Halbleiterbauelement ist und das gehäuste Halbleiterbauelement in einer Aussparung der Verteilerplatine montiert ist.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Halbleiterbauelement in mehreren nicht leitenden Schichten angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner mindestens zwei Halbleiterchips in gestapelter Konfiguration umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Hauptoberfläche des Halbleiterbauelements in einer ersten Ebene angeordnet und elektrisch mit einer Leiterbahn verbunden ist, die in einer Schnittstelle zwischen zwei nicht leitenden Schichten angeordnet ist, wobei die Schnittstelle eine zweite Ebene ist, die von der ersten Ebene verschieden ist.
Anordnung, umfassend: eine Leiterplatte, die mehrere nicht leitende Schichten, eine Verteilerstruktur und mindestens eine Aussparung mit einer Stufe umfasst, auf der sich eine Kontaktfläche befindet, die elektrisch mit der Verteilerstruktur verbunden ist; und ein elektronisches Bauelement, das mindestens ein Halbleiterbauelement umfasst, das in einer Verteilerplatine eingebettet ist, die eine Seitenfläche mit einer Stufe und eine auf der Stufe angeordnete Kontaktfläche hat, wobei das elektronische Bauelement in der Aussparung und die äußere Kontaktfläche des elektronischen Bauelements auf der Kontaktfläche der Leiterplatte montiert ist.
Anordnung gemäß Anspruch 16, wobei die äußere Kontaktfläche des elektronischen Bauelements durch Lot oder elektrisch leitenden Kleber elektrisch mit der Kontaktfläche der Leiterplatine verbunden ist.
Anordnung gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Leiterplatte eine Hochspannungsleiterbahn und eine Niederspannungsleiterbahn umfasst, die von dem elektronischen Bauelement aus in nicht überlappende Richtungen führen.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines elektronischen Bauelements, das mindestens ein Halbleiterbauelement umfasst, das in einer Verteilerplatine mit mindestens zwei nicht leitenden Kernschichten und mindestens einer leitenden Schicht eingebettet ist; und Entfernen eines Randbereichs einer Kernschicht und Freilegen eines Bereichs einer leitenden Schicht auf einer anderen Kernschicht und Bilden einer äußeren Kontaktfläche für das elektronische Bauelement.
Verfahren gemäß Anspruch 19, ferner umfassend: Bereitstellen einer ersten Kernschicht; Aufbringen von Klebstoff auf die erste Kernschicht; Aufbringen einer leitenden Schicht auf den Klebstoff; Aufbringen einer Klebstoffschicht auf die leitende Schicht; Bereitstellen einer zweiten Kernschicht mit einer Aussparung auf der zweiten Klebstoffschicht; Montieren eines Halbleiterbauelements in der Aussparung, um eine Baugruppe zu erzeugen; Wärmebehandlung der Baugruppe und Einbetten des Halbleiterbauelements in der zweiten Kernschicht; und Herstellen des elektronischen Bauelements.