DE102014117953A1

DE102014117953A1 - Halbleiterbauelement mit mehreren Halbleiterchips und einem Laminat

Info

Publication number: DE102014117953A1
Application number: DE102014117953.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Scharf; Petteri Palm; Angela Kessler
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-12-06
Also published as: CN104716121A; US9263425B2; US20150162319A1; DE102014117953B4

Abstract

Ein Halbleiterbauelement beinhaltet ein Laminat, einen ersten Halbleiterchip, der mindestens teilweise in dem Laminat eingebettet ist, einen zweiten Halbleiterchip, der auf einer ersten Hauptoberfläche des Laminats montiert ist, und einen ersten elektrischen Kontakt, der auf der ersten Hauptoberfläche des Laminats angeordnet ist. Der zweite Halbleiterchip ist elektrisch an den ersten elektrischen Kontakt gekoppelt.

Description

Die Offenbarung betrifft Halbleiterbauelemente, die mehrere Halbleiterchips und ein Laminat beinhalten. Darüber hinaus betrifft die Offenbarung Verfahren zum Produzieren solcher Halbleiterbauelemente.
Halbleiterbauelemente können einen oder mehrere Halbleiterchips beinhalten, die von unterschiedlichen Typen sein können. Darüber hinaus kann die Gestaltung eines Halbleiterbauelements auf einem Laminat basieren. Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Produzieren von Halbleiterbauelementen müssen ständig verbessert werden. Es ist möglicherweise wünschenswert, ein Leistungsverhalten und eine Qualität der Halbleiterbauelemente zu verbessern. Insbesondere ist es möglicherweise wünschenswert, einen Integrationsgrad zu erhöhen und ein elektrisches Leistungsverhalten der Halbleiterbauelemente zu verbessern.
Die beiliegenden Zeichnungen werden einbezogen, um ein weitergehendes Verständnis von Aspekten zu ermöglichen, und werden in diese Beschreibung aufgenommen und stellen einen Bestandteil von ihr dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Aspekte und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien von Aspekten zu erläutern. Andere Aspekte und viele der vorgesehenen Vorteile von Aspekten werden ohne Weiteres ersichtlich, wenn zur besseren Verständlichkeit auf die folgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen wird. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht zwingend maßstabgetreu. Gleiche Bezugszeichen können entsprechende ähnliche Teile bezeichnen.
1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
2 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleitergehäuses gemäß der Offenbarung.
3 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
4 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
5 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
6 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
7 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
8 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
9 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
Die 10A bis 10D veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zum Produzieren eines Halbleiterbauelements gemäß der Offenbarung.
11 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Halbbrückenschaltung.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezielle Aspekte gezeigt werden, gemäß denen sich die Offenbarung praktisch umsetzen lässt. In diesem Zusammenhang werden mit Bezug zur Orientierung der Figuren, die beschrieben werden, möglicherweise Richtungsbegriffe wie „Ober-”, „Unter-”, „Vorder-”, „Hinter-”, etc. genutzt. Da Komponenten beschriebener Bauelemente in etlichen unterschiedlichen Orientierungen positioniert sein können, können die Richtungsbegriffe zu Zwecken der Veranschaulichung genutzt werden und schränken in keinerlei Hinsicht ein. Es können auch noch andere Aspekte gebraucht und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht als einschränkend aufzufassen, und das Konzept der vorliegenden Offenbarung wird von den beigefügten Ansprüchen definiert.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Begriffe „verbunden”, „gekoppelt”, „elektrisch verbunden” und/oder „elektrisch gekoppelt” nicht zwangsläufig bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander verbunden oder zusammengekoppelt sein müssen. Zwischen den „verbundenen”, „gekoppelten”, „elektrisch verbundenen” oder „elektrisch gekoppelten” Elementen können Zwischenelemente bereitgestellt sein.
Hierin werden Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Produzieren von Halbleiterbauelementen beschrieben. In Verbindung mit einem beschriebenen Halbleiterbauelement angeführte Bemerkungen können auch für ein entsprechendes Verfahren gelten und umgekehrt. Falls zum Beispiel eine spezielle Komponente eines Halbleiterbauelements beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren zum Produzieren des Halbleiterbauelements einen Vorgang des Bereitstellens der Komponente in einer geeigneten Weise beinhalten, selbst wenn ein solcher Vorgang in den Figuren nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht wird. Darüber hinaus lassen sich die Merkmale der verschiedenen beispielhaften Aspekte, die hierin beschrieben werden, miteinander kombinieren, sofern nicht ausdrücklich anders angemerkt. In dieser Beschreibung können die Begriffe „Halbleiterbauelement” und „Halbleitergehäuse” synonym genutzt werden. Insbesondere kann ein Halbleitergehäuse ein Halbleiterbauelement sein, das ein Einkapselungsmaterial beinhaltet, das eine oder mehrere Komponenten des Halbleiterbauelements mindestens teilweise einkapseln kann.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können einen oder mehrere Halbleiterchips beinhalten. Die Halbleiterchips können von unterschiedlichen Typen sein und können durch unterschiedliche Techniken produziert werden. Die Halbleiterchips beinhalten zum Beispiel möglicherweise integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen, passive Bauteile, etc. Die integrierten Schaltungen sind möglicherweise gestaltet als integrierte Logikschaltungen, integrierte Analogschaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen, integrierte passive Bauteile, mikroelektromechanische Systeme, etc. Die Halbleiterchips müssen nicht aus einem speziellen Halbleitermaterial, zum Beispiel Si, SiC, SiGe, GaAs, produziert sein und können des Weiteren anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie zum Beispiel Isolierstoffe, Kunststoffe oder Metalle. Außerdem können die Halbleiterchips gehäust oder ungehäust sein.
Die Halbleiterchips können eine oder mehrere aktive Seiten (oder aktive Oberflächen) beinhalten. Eine aktive Seite eines Halbleiterchips ist definierbar als physikalischer Teil des Halbleiterchips, der mikroelektronische Strukturen oder Halbleiterstrukturen enthält. Eine aktive Seite beinhaltet zum Beispiel möglicherweise mindestens eine Halbleiterstruktur, insbesondere mindestens eines der Elemente Diode, Transistor, Sicherung, Widerstand, Kondensator, etc.
Insbesondere können die Halbleiterchips einen oder mehrere Leistungshalbleiter beinhalten. Die Halbleiterchips (oder Leistungshalbleiterchips) können eine vertikale Struktur aufweisen, d. h. die Halbleiterchips können derart gefertigt sein, dass elektrische Ströme in einer zu den Hauptflächen der Halbleiterchips senkrechten Richtung fließen können. Ein Halbleiterchip mit einer vertikalen Struktur kann Elektroden über oder auf seinen zwei Hauptflächen aufweisen, d. h. über oder auf seiner Oberseite und seiner Unterseite. Insbesondere können Leistungshalbleiterchips eine vertikale Struktur aufweisen und können Lastelektroden über oder auf beiden Hauptflächen aufweisen. Die vertikalen Leistungshalbleiterchips sind zum Beispiel möglicherweise ausgestaltet als Dioden, Leistungs-MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode), JFETs (Sperrschichtfeldeffekttransistoren), Super-Junction-Bauelemente, Leistungsbipolartransistoren, etc. Die Source-Elektrode und die Gate-Elektrode eines Leistungs-MOSFETs können über oder auf einer Fläche angeordnet sein, während die Drain-Elektrode des Leistungs-MOSFETs über oder auf der anderen Fläche angeordnet sein kann. Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können ferner Halbleiterchips oder integrierte Schaltungen beinhalten, um die integrierten Schaltungen der Leistungshalbleiterchips zu steuern und/oder anzusteuern. Verglichen mit Leistungshalbleiterchips können solche Logikchips auf einer komplexeren Architektur und einer komplexeren Gestaltung basieren.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können einen oder mehrere Halbleiterchips mit einer geringen Anschlussstiftanzahl (Low Pin Count, LPC) beinhalten. Ein Leistungshalbleiterchip, z. B. als Leistungs-MOSFET, IGBT, JFET, etc., weist zum Beispiel möglicherweise eine geringe Anschlussstiftanzahl auf. Insbesondere kann ein Chip mit einer geringen Anschlussstiftanzahl mindestens teilweise in einem Laminat des Halbleiterbauelements eingebettet sein. Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können ferner einen oder mehrere Halbleiterchips mit einer hohen Anschlussstiftanzahl (High Pin Count, HPC) beinhalten. Ein Chip mit einer hohen Anschlussstiftanzahl kann vor allem mindestens teilweise in einem Laminat eingebettet sein oder kann außerhalb des Laminats des Halbleiterbauelements angeordnet sein, zum Beispiel über oder auf einer Hauptoberfläche des Laminats. Ein Logikchip oder ein Speicherchip weist zum Beispiel möglicherweise eine hohe Anschlussstiftanzahl auf. Allgemein kann ein Halbleiterchip mit einer hohen Anschlussstiftanzahl mehr Anschlussstifte oder elektrische Kontakte aufweisen als ein Halbleiterchip mit einer geringen Anschlussstiftanzahl. Halbleiterchips mit unterschiedlichen Anschlussstiftanzahlen können so ausgestaltet sein, dass sie während eines Betriebs des Halbleiterbauelements zusammenwirken oder miteinander kommunizieren. Zum Beispiel ist ein Halbleiterchip mit einer hohen Anschlussstiftanzahl möglicherweise so ausgestaltet, dass er einen Halbleiterchip mit einer geringen Anschlussstiftanzahl steuert und/oder ansteuert (bzw. treibt).
Die Halbleiterchips können elektrische Kontakte aufweisen, z. B. in Form von Kontaktinseln (oder Kontaktelementen oder Kontaktanschlüssen oder Kontaktelektroden), über die sich ein elektrischer Kontakt zu in den Halbleiterchips beinhalteten integrierten Schaltungen aufbauen lässt. Für den Fall eines Leistungshalbleiterchips kann eine Kontaktinsel einer Gate-Elektrode, einer Source-Elektrode oder einer Drain-Elektrode entsprechen. Die Kontaktinseln können eine oder mehrere Metallschichten beinhalten, die sich auf das Halbleitermaterial auftragen lassen. Die Metallschichten können mit einer beliebigen erwünschten geometrischen Form und einer beliebigen erwünschten Materialzusammensetzung produziert werden. Beliebige erwünschte Metalle oder Metalllegierungen, zum Beispiel mindestens eines der Elemente Aluminium, Titan, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Nickel, Chrom, Nickel-Vanadium, etc., können als Material genutzt werden. Die Metallschichten müssen nicht homogen oder aus nur einem Material produziert sein, d. h. es können verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich sein.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können ein Laminat beinhalten. Das Laminat muss nicht homogen oder aus nur einem Material produziert sein, d. h. es können verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der im Laminat enthaltenen Materialien möglich sein. Das Laminat beinhaltet zum Beispiel möglicherweise mindestens eines der Elemente Epoxid, glasfasergefülltes Epoxid, glasfasergefülltes Polymer, Imid, gefülltes oder nicht gefülltes thermoplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes duroplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes Polymergemisch, etc. Das Laminat kann so ausgestaltet sein, dass es elektronische Komponenten, zum Beispiel einen oder mehrere Halbleiterchips, einbettet. Darüber hinaus kann das Laminat so ausgestaltet sein, dass es als Träger dient, über oder auf dem elektronische Komponenten angeordnet oder montiert sein können, zum Beispiel mindestens eines der Elemente Halbleiterchip, passive elektronische Komponente, aktive elektronische Komponente, mikroelektromechanisches System (MEMS), etc. Zum Produzieren des Laminats und Einbetten einer Komponente wie eines Halbleiterchips im Laminat können verschiedene Techniken verwendet werden. Zum Beispiel können Formpressen (Compression Molding) und/oder Spritzgießen (Injection Molding) und/oder Pulverschmelzen (Powder Molding) und/oder Flüssigformen (Liquid Molding) und/oder Laminieren, etc. genutzt werden.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können ein Einkapselungsmaterial beinhalten, das eine oder mehrere Komponenten des Halbleiterbauelements mindestens teilweise bedecken kann. Das Einkapselungsmaterial kann elektrisch isolierend sein und kann einen Einkapselungskörper ausbilden. Das Einkapselungsmaterial beinhaltet möglicherweise mindestens eines der Elemente Epoxid, glasfasergefülltes Epoxid, glasfasergefülltes Polymer, Imid, gefülltes oder nicht gefülltes thermoplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes duroplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes Polymergemisch, wärmehärtbares Material, Pressmasse, Glob-Top-Material, Laminatmaterial, etc. Verschiedene Techniken können genutzt werden, um Komponenten des Halbleiterbauelements mit dem Einkapselungsmaterial einzukapseln, zum Beispiel Formpressen und/oder Spritzgießen und/oder Pulverschmelzen und/oder Flüssigformen und/oder Laminieren, etc.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können eine oder mehrere passive elektronische Komponenten beinhalten. Die passiven elektronischen Komponenten sind zum Beispiel möglicherweise in ein Halbleitermaterial integriert. Zum Implementieren passiver elektronischer Komponenten können Metallschichten mit mehreren Zwischenverbindungen verwendet werden. Passive elektronische Komponenten können jegliche Arten von Widerständen, Kondensatoren, induktiven Komponenten wie Induktoren oder Spulen (oder Windungen), Antennen, etc. beinhalten. Zum Produzieren der passiven elektronischen Komponenten können beliebige zweckmäßige Techniken genutzt werden.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können eine oder mehrere aktive elektronische Komponenten beinhalten. Die aktiven elektronischen Komponenten werden z. B. möglicherweise basierend auf einer frei wählbaren, zweckmäßigen Produktionstechnik in ein Halbleitermaterial integriert. Aktive elektronische Komponenten beinhalten möglicherweise beliebige Arten von Dioden, Transistoren, Digital- oder Analogschaltungen, optoelektronischen Komponenten, ein MEMS, etc.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können auf einer Oberflächenmontagetechnik (Surface Mount Technology) basieren und können somit oberflächenmontierbare Bauelemente darstellen, zum Beispiel ein Ball Grid Array (BGA), ein Chip Scale Package (CSP), ein Quad-Flat-No-Leads(QFN)-Package, ein Land Grid Array (LGA), etc. Ein oberflächenmontierbares Bauelement kann mindestens eine Montageoberfläche beinhalten, die möglicherweise dazu dient, das Halbleiterbauelement auf eine andere Komponente, zum Beispiel eine Leiterplatte (PCB), zu montieren. Externe Kontaktelemente und insbesondere externe Kontaktoberflächen können über oder auf der Montageoberfläche aufgebracht werden, um eine Oberflächenmontage des Halbleiterbauelements zu unterstützen. Die externen Kontaktelemente können ermöglichen, dass das Halbleiterbauelement elektrisch an die Komponente, über oder auf der das Halbleiterbauelement montiert werden soll, gekoppelt wird. Lotdepots wie Lotkugeln, Lothügel, Lotinseln, lötbare Inseln, etc. oder andere zweckmäßige Verbindungselemente können genutzt werden, um eine elektrische und/oder mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und der Komponente, über oder auf der das Halbleiterbauelement montiert wird, herzustellen.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können eine oder mehrere Umverteilungsschichten beinhalten. Eine Umverteilungsschicht ist zum Beispiel möglicherweise über mindestens einer Oberfläche des Laminats angeordnet, das ebenfalls im Halbleiterbauelement beinhaltet sein kann. In einem weiteren Beispiel ist eine Umverteilungsschicht möglicherweise mindestens teilweise im Laminat angeordnet. Die Umverteilungsschicht kann eine oder mehrere Metallschichten beinhalten, welche die Form von Leiterbahnen oder Leiterebenen (oder Leiterflächen) aufweisen und elektrisch an einen Halbleiterchip des Halbleiterbauelements gekoppelt sein können. Die Metallschichten können als Verdrahtungsschichten verwendet werden, um einen elektrischen Kontakt zu den Halbleiterchips von außerhalb des Halbleiterbauelements aufzubauen und/oder einen elektrischen Kontakt zu anderen im Halbleiterbauelement enthaltenen Halbleiterchips und/oder Komponenten aufzubauen. Die Metallschichten können die Kontaktinseln der Halbleiterchips an die externen Kontaktinseln koppeln. In einem weiteren Beispiel kann die Metallschicht eine elektrische Verbindung durch das Laminat von einer Oberfläche des Laminats zu einer anderen Oberfläche des Laminats bereitstellen. Die Metallschichten können mit einer beliebigen erwünschten geometrischen Form und einer beliebigen erwünschten Materialzusammensetzung produziert werden. Die Metallschichten beinhalten zum Beispiel möglicherweise mindestens eines der Elemente Aluminium, Nickel, Palladium, Silber, Zinn, Gold, Kupfer, entsprechende Metalllegierungen, etc. oder Kombinationen davon. Die Metallschichten können eine oder mehrere einzelne, aus diesen Materialien bestehende Metallschichten beinhalten. Alternativ oder zusätzlich können die Metallschichten eine oder mehrere Multilayer beinhalten, die aus den Materialien bestehen, zum Beispiel Kupfer/Nickel/Gold. Die Metallschichten können über oder unter oder zwischen elektrisch isolierenden Schichten angeordnet sein.
Die hierin beschriebenen Halbleiterbauelemente können elektrisch leitende Elemente beinhalten, die so ausgestaltet sein können, dass sie eine elektrische Verbindung zwischen Komponenten eines Halbleiterbauelements bereitstellen. In einem Beispiel wird möglicherweise eine elektrische Verbindung zwischen einem Halbleiterchip und einem elektrischen Kontakt bereitgestellt, die möglicherweise beide über oder auf einem Laminat angeordnet werden. Ein zweckmäßiges Element zur Bereitstellung einer solchen elektrischen Verbindung kann mindestens eines der Elemente Bonddraht, Lothügel, Diffusionslötbondung, Leitkleber, etc. sein. Die elektrisch leitenden Elemente lassen sich aus einem frei wählbaren, geeigneten Material produzieren. Ein verwendeter Bonddraht beinhaltet z. B. möglicherweise mindestens eines der Elemente Cu, Au, Al, Pd-beschichtetes Cu, Ag, etc. Lotmaterial, das zum Ausbilden von Diffusionslötbondungen fähig ist, beinhaltet z. B. möglicherweise eines oder mehrere der Elemente Sn, SnAg, SnAu, In, InAg, InAu, SnAgCu, PbSn, PbInAg, etc. In einem weiteren Beispiel wird möglicherweise eine elektrische Verbindung zwischen einem mindestens teilweise in einem Laminat eingebetteten Halbleiterchip und einem über oder auf dem Laminat angeordneten elektrischen Kontakt bereitgestellt. Eine solche elektrische Verbindung wird z. B. möglicherweise durch ein oder mehrere Mikrovias bereitgestellt, die aus einem frei wählbaren, geeigneten elektrisch leitenden Material, zum Beispiel einem Metall oder einer Metalllegierung, bestehen können.
1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 100 kann ein Laminat 1 und einen ersten Halbleiterchip 2 beinhalten, der mindestens teilweise im Laminat 1 eingebettet sein kann. Im Beispiel von 1 ist der erste Halbleiterchip 2 beispielhaft an einer ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 eingebettet. In anderen Beispielen hingegen ist der erste Halbleiterchip 2 möglicherweise auch an einer anderen, frei wählbaren Stelle im Laminat 1 eingebettet, zum Beispiel an der Hauptoberfläche des Laminats 1 gegenüber der ersten Hauptoberfläche 4. Das Halbleiterbauelement 100 kann ferner einen zweiten Halbleiterchip 3 beinhalten, der über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 montiert sein kann. Ein erster elektrischer Kontakt 5 kann über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sein. Der zweite Halbleiterchip 3 kann elektrisch an den ersten elektrischen Kontakt 5 gekoppelt sein. Im Beispiel von 1 wird die elektrische Kopplung zwischen dem zweiten Halbleiterchip 3 und dem ersten elektrischen Kontakt 5 nicht explizit veranschaulicht, um zu verdeutlichen, dass die elektrische Kopplung von einem beliebigen geeigneten Typ sein kann. Beispiele für geeignete elektrische Kopplungen werden unten beschrieben. Darüber hinaus werden im Folgenden detailliertere Halbleiterbauelemente beschrieben, die dem Halbleiterbauelement 100 von 1 ähnlich sind.
2 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleitergehäuses 200 gemäß der Offenbarung. Das Halbleitergehäuse 200 kann ein Laminat 1 und einen ersten Halbleiterchip 2 beinhalten, der mindestens teilweise im Laminat 1 eingebettet sein kann. Das Halbleitergehäuse 200 kann ferner einen zweiten Halbleiterchip 3 und einen elektrischen Kontakt 5 beinhalten, die je über oder auf einer ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sein können. Der zweite Halbleiterchip 3 kann elektrisch an den elektrischen Kontakt 5 gekoppelt sein. Wiederum wird aus Gründen, die oben erläutert wurden, auf eine explizite Veranschaulichung der elektrischen Kopplung verzichtet. Das Halbleitergehäuse 200 kann ferner ein Einkapselungsmaterial 6 beinhalten, das den zweiten Halbleiterchip 3, den elektrischen Kontakt 5 und das Laminat 1 mindestens teilweise einkapseln kann. Detailliertere Halbleitergehäuse, die dem Halbleitergehäuse 200 von 2 ähnlich sind, werden unten beschrieben.
3 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 300 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 300 kann ein Laminat 1 mit einer ersten Hauptoberfläche 4 und einer zweiten Hauptoberfläche 7 gegenüber der ersten Hauptoberfläche 4 beinhalten. Das Laminat 1 beinhaltet möglicherweise mindestens eines der Elemente Epoxid, glasfasergefülltes Epoxid, glasfasergefülltes Polymer, Imid, gefülltes oder nicht gefülltes thermoplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes duroplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes Polymergemisch, etc. Eine Dicke des Laminats 1 in einer zu den Hauptoberflächen 4, 7 senkrechten Richtung kann in einem Bereich von etwa 60 μm (Mikrometer) bis etwa 250 μm (Mikrometer) liegen.
Ein erster Halbleiterchip 2 und ein dritter Halbleiterchip 8 können mindestens teilweise im Laminat 1 eingebettet sein. Allgemein können die Halbleiterchips 2, 8 von einem frei wählbaren Typ sein. Insbesondere können einer oder beide der Halbleiterchips 2, 8 einen Leistungshalbleiter beinhalten. Zum Beispiel kann jeder der ersten Halbleiterchips 2, 8 ein MOSFET-Chip sein, der eine Gate-Elektrode und eine Source-Elektrode, die über oder auf einer Hauptoberfläche des jeweiligen Halbleiterchips angeordnet sind, und eine Drain-Elektrode, die über oder auf einer gegenüberliegenden Hauptoberfläche des jeweiligen Halbleiterchips angeordnet ist, aufweist. Die Hauptoberflächen der Halbleiterchips 2, 8, welche die Gate-Elektrode und die Source-Elektrode beinhalten, sind als aktive Seiten der Halbleiterchips 2, 8 definierbar. In einem Beispiel ist die aktive Seite des ersten Halbleiterchips 2 möglicherweise in eine Richtung zur zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 hin gewandt, während die aktive Seite des dritten Halbleiterchips 8 möglicherweise in eine Richtung zur ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 hin gewandt ist. In weiteren Beispielen sind die aktiven Seiten beider Halbleiterchips 2, 8 möglicherweise in eine selbe Richtung gewandt, zum Beispiel zur ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 oder zur zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 hin.
Das Halbleiterbauelement 300 kann eine erste Verdrahtungsschicht (oder erste elektrisch leitende Schicht) 9 beinhalten, die über oder auf der zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 angeordnet sein kann. Eine Dicke der ersten Verdrahtungsschicht 9 in einer zu den Hauptoberflächen 4, 7 senkrechten Richtung kann in einem Bereich von etwa 5 μm (Mikrometer) bis etwa 50 μm (Mikrometer) liegen. Die erste Verdrahtungsschicht 9 kann aus einem beliebigen zweckmäßigen elektrisch leitenden Material bestehen und kann abhängig von elektrischen Verbindungen strukturiert sein, die für einen erwünschten Betrieb des Halbleiterbauelements 300 möglicherweise erforderlich sind. Zum Beispiel ist eine Drain-Elektrode des dritten Halbleiterchips 8 möglicherweise elektrisch mit einem Teil 9A der ersten Verdrahtungsschicht 9 verbunden, sodass die Drain-Elektrode von außerhalb des Laminats 1 über den Teil 9A der ersten Verdrahtungsschicht 9 zugänglich ist. Ein weiterer Teil 9B der Verdrahtungsschicht 9 stellt z. B. möglicherweise eine elektrische Verbindung zu einer Durchverbindung bereit, die sich von der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 zur zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 erstrecken kann. Weitere Teile der ersten Verdrahtungsschicht 9 können so ausgestaltet sein, dass sie eine elektrische Verbindung zu weiteren elektrischen Kontakten des ersten Halbleiterchips 2 und/oder des dritten Halbleiterchips 8 bereitstellen. Insbesondere kann das Halbleiterbauelement 300 so gestaltet sein, dass alle elektrischen Kontakte der Halbleiterchips 2, 8 von außerhalb (oder einem Randbezirk) des Halbleiterbauelements 300 zugänglich sind. Insbesondere kann die erste Verdrahtungsschicht 9 so ausgestaltet sein, dass sie eine Oberflächenmontagelöttechnik unterstützt. Das heißt, das Halbleiterbauelement 300 kann ein oberflächenmontierbares Bauelement sein und mindestens ein Teil der ersten Verdrahtungsschicht 9 kann so ausgestaltet sein, dass er eine Oberflächenmontage des Halbleiterbauelements 300 über oder auf einer anderen Komponente (nicht dargestellt), zum Beispiel einer Leiterplatte (PCB), unterstützt.
Das Halbleiterbauelement 300 kann eine zweite Verdrahtungsschicht (oder zweite elektrisch leitende Schicht) 10 beinhalten, die über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sein kann. Eine Dicke der zweiten Verdrahtungsschicht 10 in einer zu den Hauptoberflächen 4, 7 senkrechten Richtung kann in einem Bereich von etwa 5 μm (Mikrometer) bis etwa 50 μm (Mikrometer) liegen. Die zweite Verdrahtungsschicht 10 kann abhängig von elektrischen Verbindungen strukturiert sein, die für einen erwünschten Betrieb des Halbleiterbauelements 300 möglicherweise erforderlich sind. Die zweite Verdrahtungsschicht 10 beinhaltet zum Beispiel möglicherweise elektrische Kontakte 10A, 10B, die über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sind. Der elektrische Kontakt 10A kann zum Beispiel eine elektrische Verbindung zu einer über oder auf einer Hauptoberfläche des dritten Halbleiterchips 8 angeordneten Elektrode z. B. mittels eines Mikrovia 11 bereitstellen. Weitere Mikrovias können einen elektrischen Kontakt zu weiteren elektrischen Kontakten des dritten Halbleiterchips 8 bereitstellen. In einem Beispiel stellt der elektrische Kontakt 10B möglicherweise eine elektrische Verbindung zu einer Durchverbindung bereit, die sich durch das Laminat 1 von der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 zur zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 erstrecken kann. Die zweite Verdrahtungsschicht 10 kann aus einem beliebigen zweckmäßigen elektrisch leitenden Material bestehen. Insbesondere kann das Material der zweiten Verdrahtungsschicht 10 davon abhängen, wie eine elektrische Verbindung zu Teilen der zweiten Verdrahtungsschicht 10 hergestellt werden soll. Im Beispiel von 3 ist die zweite Verdrahtungsschicht 10 möglicherweise vor allem so ausgestaltet, dass sie einen Drahtbondprozess unterstützt, bei dem Teile der zweiten Verdrahtungsschicht 10 elektrisch an Bonddrähte gekoppelt werden können.
Das Halbleiterbauelement 300 kann einen zweiten Halbleiterchip 3 beinhalten, der über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet ist. Allgemein kann der zweite Halbleiterchip 3 von einem frei wählbaren Typ sein. Insbesondere kann der zweite Halbleiterchip 3 so ausgestaltet sein, dass er einen oder beide der im Laminat 1 eingebetteten Halbleiterchips 2, 8 steuert und/oder ansteuert (bzw. treibt). In diesem Fall kann der zweite Halbleiterchip 3 ein Logikchip sein oder kann einen Logikchip beinhalten. Der zweite Halbleiterchip 3 kann mit dem Teil 10A der zweiten Verdrahtungsschicht 10 über einen ersten Bonddraht 12A elektrisch verbunden sein. Somit kann der zweite Halbleiterchip 3 z. B. Zugang zu einer Elektrode des dritten Halbleiterchips 8 haben. Darüber hinaus kann der zweite Halbleiterchip 3 mit dem Teil 10B der zweiten Verdrahtungsschicht 10 über einen zweiten Bonddraht 10B elektrisch verbunden sein. Somit kann der zweite Halbleiterchip 3 z. B. Zugang zu einer Elektrode des ersten Halbleiterchips 2 haben.
Der zweite Halbleiterchip 3 kann einen komplexeren Schaltungsaufbau beinhalten als jeder der im Laminat 1 eingebetteten Halbleiterchips 2, 8. Zum Beispiel kann der zweite Halbleiterchip 3 eine hohe Anschlussstiftanzahl aufweisen, während einer oder beide der Halbleiterchips 2, 8 eine geringe Anschlussstiftanzahl aufweisen können. Darüber hinaus können sowohl eine Dicke t₁ des ersten Halbleiterchips 2 als auch eine Dicke t₂ des dritten Halbleiterchips 8 kleiner sein als eine Dicke t₃ des zweiten Halbleiterchips 3. Zum Beispiel können die Dicke t₁ des ersten Halbleiterchips 2 und die Dicke t₂ des dritten Halbleiterchips 8 kleiner sein als etwa 120 μm (Mikrometer). Die Dicke t₃ des zweiten Halbleiterchips 3 ist z. B. möglicherweise größer als etwa 100 μm (Mikrometer). Die Dicken t₁, t₂, t₃ sind möglicherweise unterschiedlich, können jedoch auch gleich sein.
Das Halbleiterbauelement 300 kann ein Einkapselungsmaterial 6 beinhalten, das über der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sein kann. Das Einkapselungsmaterial 6 beinhaltet möglicherweise mindestens eines der Elemente Epoxid, glasfasergefülltes Epoxid, glasfasergefülltes Polymer, Imid, thermoplastisches Polymermaterial, duroplastisches Polymermaterial, ein Polymergemisch, wärmehärtbares Material, Pressmasse, Glob-Top-Material, Laminatmaterial, etc. Eine Dicke des Einkapselungsmaterials 6 in einer zu den Hauptoberflächen 4, 7 senkrechten Richtung kann in einem Bereich von etwa 100 μm (Mikrometer) bis etwa 1000 μm (Mikrometer) liegen. Das Einkapselungsmaterial 6 kann das Laminat 1 und/oder die zweite Verdrahtungsschicht 10 und/oder die Bonddrähte 12A, 12B und/oder den zweiten Halbleiterchip 3 mindestens teilweise einkapseln. Im Beispiel von 3 kann das Einkapselungsmaterial 6 alle über der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordneten Komponenten bedecken. Das eingekapselte Halbleiterbauelement 300 kann somit ein vollständiges System-in-Package oder eine Lösung in einem Gehäuse (engl. one package solution) darstellen.
In einem Beispiel ist das Halbleiterbauelement 300 möglicherweise so ausgestaltet, dass es als Gleichspannungswandler betrieben wird, der auf einer Halbbrückenschaltung basieren kann. Da 3 qualitativer Art ist, veranschaulicht sie nicht zwangsläufig alle elektrischen Verbindungen, die für den tatsächlichen Betrieb einer Halbbrückenschaltung möglicherweise erforderlich sind. Jedoch wird in Verbindung mit 11 ein beispielhaftes schematisches Diagramm einer Halbbrückenschaltung 1100 beschrieben, die durch ein Halbleiterbauelement, das dem von 3 ähnlich ist, implementiert werden kann. Wird das Mehrchipbauelement 300 von 3 als Halbbrückenschaltung genutzt, kann der erste Halbleiterchip 2 einen Low-Side-Schalter beinhalten, und der dritte Halbleiterchip 8 kann einen High-Side-Schalter beinhalten. Insbesondere kann eine Drain-Elektrode des ersten Halbleiterchips 2 mit einer Source-Elektrode des dritten Halbleiterchips 8 elektrisch verbunden sein.
Wie bereits erwähnt, ist 3 qualitativer Art und weitere elektronische Funktionalitäten, die sich von einem eine Halbbrückenschaltung beinhaltenden Gleichspannungswandler unterscheiden können, lassen sich ebenfalls auf der Grundlage des Halbleiterbauelements 300 implementieren. Zu diesem Zweck können zusätzliche Halbleiterchips im Halbleiterbauelement 300 beinhaltet sein. Insbesondere kann das Halbleiterbauelement 300 eine frei wählbare Anzahl von im Laminat 1 eingebetteten Halbleiterchips und eine frei wählbare Anzahl von über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordneten Halbleiterchips beinhalten. Die spezielle Anzahl verwendeter Halbleiterchips und assoziierter elektrischer Verbindungen, die zwischen den Halbleiterchips und/oder den Verdrahtungsschichten 9 und 10 bereitgestellt werden, kann von einer erwünschten Funktionalität des Halbleiterbauelements 300 abhängen. Ferner können Komponenten nicht nur über die erste Verdrahtungsschicht 9, die über oder auf der ersten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 angeordnet ist, kontaktiert werden. Zum Beispiel können sowohl die erste Verdrahtungsschicht 9 als auch die zweite Verdrahtungsschicht 10 auch von einer Seitenoberfläche des Halbleiterbauelements 300 zugänglich sein. Im Beispiel von 3 sind die Seitenoberflächen des Halbleiterbauelements 300 jeweils im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen 4, 7 des Laminats 1.
4 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 400 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 400 kann dem Halbleiterbauelement 300 von 3 ähnlich sein und kann ähnliche Komponenten beinhalten. Alle in Verbindung mit 3 angeführten Bemerkungen können somit auch für das Halbleiterbauelement 400 von 4 gelten.
Das Halbleiterbauelement 400 kann eine elektronische Komponente 13 beinhalten, die über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sein kann. Die elektronische Komponente 13 beinhaltet zum Beispiel möglicherweise mindestens eines der Elemente passive elektronische Komponente, aktive elektronische Komponente, mikroelektromechanische Komponente, etc. Im Beispiel von 4 wird nur eine beispielhafte elektronische Komponente 13 veranschaulicht. In weiteren Beispielen beinhaltet das Halbleiterbauelement 400 möglicherweise eine frei wählbare Anzahl weiterer elektronischer Komponenten, die über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet sein können, wobei eine Anordnung und eine Wahl verwendeter elektronischer Komponenten von einem erwünschten Betrieb des Halbleiterbauelements 400 abhängen können. Für den beispielhaften Fall, in dem das Halbleiterbauelement 400 als Gleichspannungswandler betrieben wird, beinhaltet die elektronische Komponente 13 z. B. möglicherweise einen Boot-Kondensator. Die elektronische Komponente 13 kann elektrisch an eine oder mehrere der anderen Komponenten des Halbleiterbauelements 400 gekoppelt sein. Im Beispiel von 4 kann die elektronische Komponente 13 an den dritten Halbleiterchip 8 gekoppelt sein, zum Beispiel mittels eines oder mehrerer Mikrovias 11. Darüber hinaus kann die elektronische Komponente 13 an den zweiten Halbleiterchip 3 gekoppelt sein, zum Beispiel mittels der zweiten Verdrahtungsschicht 10. Ähnlich wie weitere über der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnete Komponenten kann die elektronische Komponente 13 mindestens teilweise vom Einkapselungsmaterial 6 eingekapselt sein.
Das Halbleiterbauelement 400 kann ferner ein oder mehrere elektrisch leitende Elemente 14A, 14B beinhalten, die sich durch das Einkapselungsmaterial 6 erstrecken können. Im Beispiel von 4 können sich zwei elektrisch leitende Elemente 14A, 14B jeweils von der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 zur oberen Oberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 erstrecken. Die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B sind z. B. möglicherweise Blöcke, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung, zum Beispiel Cu, bestehen, und können elektrisch an die zweite Verdrahtungsschicht 10 gekoppelt werden, zum Beispiel mittels einer Löttechnik. Eine Höhe h₁ der elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B ist möglicherweise größer als eine Höhe h₂ des zweiten Halbleiterchips 3 und der Drahtschleifen (engl. wire loops) der Bonddrähte 12A, 12B. Die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B können mindestens teilweise vom Einkapselungsmaterial 6 eingekapselt sein. Im Beispiel von 4 können die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B bis auf ihre oberen Oberflächen vollständig vom Einkapselungsmaterial 6 bedeckt sein.
Die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B können auf der oberen Oberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 freigelegt sein. Die Freilegung der elektrisch leitenden Elemente 14A, 14b lässt sich zum Beispiel bewerkstelligen, indem zuerst die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B mit dem Einkapselungsmaterial 6 eingekapselt und Teile des Einkapselungsmaterials 6 danach von der oberen Oberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 entfernt werden, bis die oberen Seiten der elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B freigelegt werden. In diesem Zusammenhang kann zum Beispiel ein Schleifprozess genutzt werden. Jedes der elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B kann eine Möglichkeit zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Verdrahtungsschicht 10 von der oberen Oberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 bereitstellen. Somit lassen sich einer oder mehrere der Halbleiterchips 2, 3, 8 über die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B elektrisch kontaktieren.
Das Halbleiterbauelement 400 kann ferner elektrische Kontakte 16A, 16B beinhalten, die über oder auf den freigelegten Oberflächen der elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B angeordnet sein können. Die elektrischen Kontakte 16A, 16B bestehen zum Beispiel möglicherweise aus einer oder mehreren Schichten aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung. Darüber hinaus kann das Halbleiterbauelement 400 eine elektronische Komponente 17 beinhalten, die über oder auf der Hauptoberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 montiert sein kann. Die elektronische Komponente 17 beinhaltet zum Beispiel möglicherweise mindestens eines der Elemente passive elektronische Komponente, aktive elektronische Komponente, mikroelektromechanische Komponente, etc. Die elektrischen Kontakte 16A, 16B können eine elektrische Verbindung und/oder Wärmeleitfähigkeit/-übertragung zwischen den freigelegten Oberflächen der elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B und elektrischen Kontakten der elektronischen Komponente 17 verbessern. Da sich die elektrischen Kontakte 16A, 16B über die Oberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 erstrecken können, kann ein Zwischenraum zwischen dem Einkapselungsmaterial 6 und der elektronischen Komponente 17 entstehen.
Für den beispielhaften Fall, in dem das Halbleiterbauelement 400 als Gleichspannungswandler betrieben wird, beinhaltet die elektronische Komponente 17 z. B. möglicherweise einen Stromspeicherinduktor, der für eine Gleichspannungswandlung möglicherweise erforderlich ist. In 4 werden Spulen (oder Windungen) 18 eines solchen Stromspeicherinduktors beispielhaft durch parallele Linien angezeigt. Die elektronische Komponente 17 kann über die elektrischen Kontakte 16A, 16B elektrisch an die elektrisch leitenden Elemente 14A, 14B gekoppelt sein. In einem weiteren Beispiel sind Kupfer- oder Aluminiumblöcke möglicherweise über der Oberfläche 15 des Einkapselungsmaterials 6 montiert und dienen möglicherweise als Wärmerohr, das eine Oberseitenkühlung bereitstellt, um ein thermisches Leistungsverhalten des Halbleiterbauelements 400 zu verbessern.
Das Halbleiterbauelement 400 kann als Halbleitergehäuse (oder Halbleiterpackage) mit einem dreischichtigen System angesehen werden. In einer ersten Schicht 19A können elektronische Funktionalitäten mittels eines oder mehrerer mindestens teilweise im Laminat 1 eingebetteter Halbleiterchips implementiert werden. In einer zweiten Schicht 19B können elektronische Funktionalitäten mittels eines oder mehrerer Halbleiterchips und/oder einer oder mehrerer elektronischer Komponenten, die über oder auf dem Laminat 1 angeordnet und vom Einkapselungsmaterial 6 mindestens teilweise eingekapselt werden, implementiert werden. In einer dritten Schicht 19C können weitere elektronische Komponenten über oder auf dem Einkapselungsmaterial 6 montiert werden und weitere elektronische Funktionalitäten bereitstellen. Wie aus den vorherigen Bemerkungen hervorgeht, können in den individuellen Schichten 19A bis 19C enthaltene Komponenten während eines Betriebs des Halbleiterbauelements 400 miteinander interagieren. Die Kombination der drei Schichten 19A bis 19C kann eine Lösung in einem Gehäuse (engl. one package solution) darstellen.
5 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 500 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 500 kann z. B. dem Halbleiterbauelement 400 von 4 ähnlich sein und kann ähnliche Komponenten beinhalten. Alle in Verbindung mit 4 angeführten Bemerkungen können somit auch für das Halbleiterbauelement 500 von 5 gelten.
In 5 können die elektrischen Kontakte 16A, 16B und die elektronische Komponente 17 von 4 ersetzt sein durch eine elektromagnetische Abschirmung 20, die über dem Einkapselungsmaterial 6 angeordnet sein kann. Die elektromagnetische Abschirmung 20 kann mit den elektrisch leitenden Elementen 14A, 14B elektrisch verbunden sein. Die elektromagnetische Abschirmung 20 beinhaltet zum Beispiel möglicherweise Kupferblöcke und/oder Kupferringe und/oder aufgesputtertes Kupfer und/oder plattiertes Kupfer, etc. In anderen Beispielen können zum Produzieren der elektromagnetischen Abschirmung 20 ähnliche Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden. Insbesondere kann die elektromagnetische Abschirmung 20 mit einem Erdpotenzial verbunden sein.
6 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 600 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 600 kann einem der vorher beschriebenen Halbleiterbauelemente ähnlich sein, sodass vorherige Bemerkungen auch in Verbindung mit 5 gelten können.
Das Halbleiterbauelement 600 kann eine oder mehrere Umverteilungsschichten beinhalten, die über der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 und/oder über der zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 und/oder mindestens teilweise innerhalb des Laminats 1 angeordnet sein können. Im Beispiel von 6 kann sich eine beispielhafte Umverteilungsschicht 21 durch das Laminat 1 von der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 zur zweiten Hauptoberfläche 7 des Laminats 1 erstrecken. Die Anzahl und die Anordnung der ausgebildeten Umverteilungsschichten können vor allem von einer erwünschten Funktionalität des Halbleiterbauelements 600 abhängen.
7 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 700 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 700 kann einem der vorher beschriebenen Halbleiterbauelemente ähnlich sein, sodass vorherige Bemerkungen auch in Verbindung mit 6 gelten können.
Das Halbleiterbauelement 700 kann einen Halbleiterchip 3A beinhalten, der über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnet ist. Der Halbleiterchip 3A kann von einem beliebigen Typ sein und ist zum Beispiel möglicherweise dem Halbleiterchip 3 von 3 ähnlich. Der Halbleiterchip 3A kann über die Bonddrähte 12A, 12B elektrisch mit Teilen der zweiten Verdrahtungsschicht 10 verbunden werden, sodass sich z. B. eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 3A und einem oder mehreren im Laminat 1 und/oder in der zweiten Verdrahtungsschicht 10 eingebetteten Halbleiterchips herstellen lässt.
Das Halbleiterbauelement 700 kann einen weiteren, über oder auf dem Halbleiterchip 3A angeordneten Halbleiterchip 3B beinhalten. Der Halbleiterchip 3B kann von einem beliebigen Typ sein und ist zum Beispiel möglicherweise dem Halbleiterchip 3 von 3 ähnlich. Der Halbleiterchip 3B kann über die Bonddrähte 12C, 12D elektrisch mit Teilen der Verdrahtungsschicht 10 verbunden werden, sodass sich eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 3B und einem oder mehreren im Laminat 1 und/oder in der zweiten Verdrahtungsschicht 10 eingebetteten Halbleiterchips herstellen lässt. Darüber hinaus können die gestapelten Halbleiterchips 3A, 3B elektrisch miteinander verbunden werden, zum Beispiel an der Kontaktoberfläche zwischen den Halbleiterchips 3A, 3B. Alternativ lässt sich zwischen den Halbleiterchips 3A, 3B eine elektrisch isolierende Schicht (nicht veranschaulicht) anordnen.
8 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 800 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 800 kann zum Beispiel dem Halbleiterbauelement 300 von 3 ähnlich sein. Im Gegensatz zu 3 ist der über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnete Halbleiterchip 3 möglicherweise nicht zwangsläufig über die Bonddrähte 12A, 12B mit der zweiten Verdrahtungsschicht 10 verbunden. Stattdessen kann der Halbleiterchip 3 in Flip-Chip-Weise angeordnet sein, sodass eine elektrische Verbindung zwischen elektrischen Kontakten, die über oder auf der unteren Oberfläche des Halbleiterchips 3 angeordnet sind, und elektrischen Kontakten der zweiten Verdrahtungsschicht 10 über (geflossene) Lötelemente 22 (oder Lotkugeln oder Lothügel) hergestellt werden kann.
9 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 900 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterbauelement 900 kann zum Beispiel einem der Halbleiterbauelemente 300 und 800 in den 3 und 8 ähnlich sein. Im Gegensatz zu 3 ist der über der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 angeordnete Halbleiterchip 3 möglicherweise nicht zwangsläufig über die Bonddrähte 12A, 12B mit der zweiten Verdrahtungsschicht 10 verbunden. Stattdessen lässt sich eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 3 und elektrischen Kontakten der zweiten Verdrahtungsschicht 10 mittels eines Diffusionslötprozesses herstellen. Beim Durchführen eines solchen Diffusionslötprozesses kann ein Lotmaterial entweder über oder auf einer Oberfläche des Halbleiterchips 3, über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 oder über oder auf beiden aufgetragen werden. Hier kann ein beliebiges Lotmaterial, das zum Ausbilden von Diffusionslötbondungen fähig ist, genutzt werden, zum Beispiel ein Lotmaterial, das eines oder mehrere der Elemente Sn, SnAg, SnAu, In, InAg, InAu, etc. umfasst. Die Diffusionslötbondungen können eine oder mehrere gelötete Schichten beinhalten, die aus einem gleichen oder unterschiedlichen Lotmaterialien bestehen können. In einem weiteren Beispiel wird möglicherweise ein gehäuster Chip über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats montiert, zum Beispiel durch Nutzung einer Oberflächenmontagetechnik.
Die 10A bis 10D veranschaulichen schematisch eine Querschnittsansicht eines Verfahrens zum Produzieren eines Mehrchipbauelements 1000 gemäß der Offenbarung. Ein Querschnitt eines durch das Verfahren erhaltenen Halbleiterbauelements 1000 wird in 10D veranschaulicht. Das Halbleiterbauelement 1000 kann zum Beispiel dem Halbleiterbauelement 100 von 1 ähnlich sein. Das beschriebene Verfahren kann jedoch auch eine Grundlage zum Produzieren beliebiger der Halbleiterbauelemente gemäß der Offenbarung, wie hierin beschrieben, liefern. In 10A kann ein erster Halbleiterchip 2 in einem Laminat 1 eingebettet sein. In 10B kann ein elektrischer Kontakt 5 über oder auf einer ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 ausgebildet sein. In 10C kann ein zweiter Halbleiterchip 3 über oder auf der ersten Hauptoberfläche 4 des Laminats 1 montiert sein. In 10D kann der zweite Halbleiterchip 3 elektrisch an den elektrischen Kontakt 5 gekoppelt sein. Im Beispiel von 10D wird die elektrische Kopplung zwischen dem zweiten Halbleiterchip 3 und dem elektrischen Kontakt 5 durch einen beispielhaften Bonddraht 12 veranschaulicht. Die elektrische Kopplung kann jedoch auch durch eine beliebige andere elektrische Kopplung, wie hierin beschrieben, bereitgestellt werden.
Das beschriebene Verfahren kann weitere Vorgänge beinhalten, die der Einfachheit halber hierin nicht explizit veranschaulicht werden. Zum Beispiel werden der zweite Halbleiterchip 3, der elektrische Kontakt 5 und das Laminat 1 möglicherweise mindestens teilweise von einem Einkapselungsmaterial eingekapselt. Das resultierende Bauelement kann dann z. B. dem Bauelement 200 von 2 ähnlich sein. In weiteren Beispielen können zum Halbleiterbauelement 1000 beliebige der in Verbindung mit den 3 bis 9 beschriebenen Komponenten hinzugefügt werden.
Die Halbleiterbauelemente gemäß der Offenbarung, wie hierin beschrieben, können folgende Wirkungen haben. Diese Wirkungen können vor allem erkennbar werden, wenn ein Halbleiterbauelement gemäß der Offenbarung mit Halbleiterbauelementen verglichen wird, die eine ähnliche Funktionalität bereitstellen, jedoch Bauelemente mit mehreren Chips beinhalten, statt dass sie eine Lösung in einem Gehäuse (engl. one package solution) darstellen. Die aufgeführten Wirkungen sind weder ausschließlich noch einschränkend.
Verglichen mit anderen Halbleiterbauelementen kann ein Halbleiterbauelement gemäß der Offenbarung einen erhöhten Integrationsgrad bereitstellen.
Verglichen mit anderen Halbleiterbauelementen kann ein Halbleiterbauelement gemäß der Offenbarung kleiner sein.
Die Verwendung von in Verbindung mit Verfahren und/oder Halbleiterbauelementen gemäß der Offenbarung beschriebenen Merkmalen kann eine erhöhte Gestaltungsfreiheit gewähren, wenn Halbleiterbauelemente mit einer erwünschten Funktionalität implementiert werden.
Verglichen mit anderen Halbleiterbauelementen kann ein Halbleiterbauelement gemäß der Offenbarung ein verbessertes elektrisches und/oder thermisches Leistungsverhalten bereitstellen, insbesondere in Bezug auf Streuinduktivität, Kapazität, Wirkungsgrad, etc.
11 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Halbbrückenschaltung 1100. Ein Halbleiterbauelement gemäß der Offenbarung kann so ausgestaltet sein, dass es als eine solche Halbbrückenschaltung betrieben wird. Die Halbbrückenschaltung 1100 kann zwischen Knoten N1 und N2 angeordnet sein. Die Halbbrückenschaltung kann in Reihe verbundene Schalter S1 und S2 beinhalten. Die Leistungshalbleiterchips 2 und 8, z. B. wie in 3 des Halbleiterbauelements 300 gezeigt, können als die Schalter S1 und S2 implementiert sein. An die Knoten N1 und N2 können konstante elektrische Potenziale angelegt werden. An den Knoten N1 kann zum Beispiel ein hohes Potenzial wie 10, 12, 18, 50, 110, 230, 500 oder 1000 V oder irgendein anderes Potenzial angelegt werden und an den Knoten N2 kann ein niedriges elektrisches Potenzial, zum Beispiel 0 V, angelegt werden. Somit kann der erste Halbleiterchip 2 so ausgestaltet sein, dass er als Low-Side-Schalter dient, während der dritte Halbleiterchip 8 so ausgestaltet sein kann, dass er als High-Side-Schalter dient. Die Schalter S1 und S2 können bei Frequenzen im Bereich von 1 kHz bis 100 MHz geschaltet werden, die Schaltfrequenzen können jedoch auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Das bedeutet, ein variierendes elektrisches Potenzial kann während eines Betriebs der Halbbrücke an einen zwischen den Schaltern S1 und S2 angeordneten Knoten N3 angelegt werden. Das Potenzial des Knotens N3 kann im Bereich zwischen dem niedrigen und dem hohen elektrischen Potenzial variieren.
Die Halbbrückenschaltung ist zum Beispiel möglicherweise in elektronischen Schaltungen zum Wandeln von Gleichspannungen, sogenannten Gleichspannungswandlern, implementiert. Gleichspannungswandler können genutzt werden, um eine von einer Batterie oder einer wiederaufladbaren Batterie bereitgestellte Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu wandeln, die dem Bedarf nachgeschalteter elektronischer Schaltungen angeglichen ist. Gleichspannungswandler sind möglicherweise ausgeführt als Abwärtswandler, in denen die Ausgangsspannung geringer ist als die Eingangsspannung, oder als Aufwärtswandler, in denen die Ausgangsspannung größer ist als die Eingangsspannung. An Gleichspannungswandler können Frequenzen von mehreren MHz oder mehr angelegt werden. Des Weiteren können Ströme von bis zu 100 A oder noch mehr durch die Gleichspannungswandler fließen.
Auch wenn ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt der Offenbarung möglicherweise mit Bezug auf nur eine von diversen Implementierungen offenbart wurde, kann dieses Merkmal oder dieser Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie möglicherweise für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft ist. Sofern des Weiteren die Begriffe „beinhalten”, „aufweisen”, „mit” oder andere Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen genutzt werden, sollen diese Begriffe ähnlich wie der Begriff „umfassen” Einschließlichkeit ausdrücken. Auch soll der Begriff „beispielhaft” lediglich ein Beispiel und nicht das beste oder optimale Beispiel bezeichnen. Es versteht sich auch, dass hierin abgebildete Merkmale und/oder Elemente mit bestimmten Maßen relativ zueinander zu Zwecken der Einfachheit und zum leichteren Verständnis veranschaulicht werden und dass sich die Istmaße von dem, was hierin veranschaulicht wird, unterscheiden können.
Wenngleich hierin spezielle Aspekte veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich für den Fachmann, dass vielfältige alternative und/oder äquivalente Implementierungen an die Stelle der speziellen gezeigten und beschriebenen Aspekte treten können, ohne vom Konzept der Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der speziellen hierin erörterten Aspekte einschließen. Deshalb soll diese Offenbarung nur von den Ansprüchen und den Äquivalenten davon eingeschränkt werden.

Claims

Halbleiterbauelement, umfassend: ein Laminat; einen ersten Halbleiterchip, der mindestens teilweise in dem Laminat eingebettet ist; einen zweiten Halbleiterchip, der auf einer ersten Hauptoberfläche des Laminats montiert ist; und einen ersten elektrischen Kontakt, der auf der ersten Hauptoberfläche des Laminats angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterchip elektrisch an den ersten elektrischen Kontakt gekoppelt ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das Laminat mindestens eines der Elemente Epoxid, glasfasergefülltes Epoxid, glasfasergefülltes Polymer, Imid, gefülltes oder nicht gefülltes thermoplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes duroplastisches Polymermaterial und Polymergemisch umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: ein Einkapselungsmaterial, welches das Laminat und den zweiten Halbleiterchip mindestens teilweise einkapselt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei das Einkapselungsmaterial mindestens eines der Elemente Epoxid, glasfasergefülltes Epoxid, glasfasergefülltes Polymer, Imid, gefülltes oder nicht gefülltes thermoplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes duroplastisches Polymermaterial, gefülltes oder nicht gefülltes Polymergemisch, Pressmasse, Glob-Top-Material und Laminatmaterial umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterchip über mindestens eines der Elemente Bonddraht, Lötverbindung, Diffusionslötbondung und Leitkleber elektrisch an den ersten elektrischen Kontakt gekoppelt ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen zweiten elektrischen Kontakt, der auf einer Hauptoberfläche des Laminats angeordnet ist, wobei der erste Halbleiterchip über ein Mikrovia elektrisch an den zweiten elektrischen Kontakt gekoppelt ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: mindestens eines der Elemente passive elektronische Komponente, aktive elektronische Komponente und mikroelektromechanische Komponente, das auf einer Oberfläche des Laminats montiert ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Halbleiterchip einen Leistungshalbleiter umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterchip so ausgestaltet ist, dass er den ersten Halbleiterchip steuert und/oder treibt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des ersten Halbleiterchips kleiner als 120 Mikrometer ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des zweiten Halbleiterchips größer als 100 Mikrometer ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Halbleiterchip eine geringere Anschlussstiftanzahl aufweist als der zweite Halbleiterchip.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen dritten Halbleiterchip, der mindestens teilweise im Laminat eingebettet ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, wobei eine aktive Seite des ersten Halbleiterchips in eine erste Richtung gewandt ist und eine aktive Seite des dritten Halbleiterchips in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung gewandt ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine Halbbrückenschaltung, die einen High-Side-Schalter und einen Low-Side-Schalter umfasst, wobei der erste Halbleiterchip den High-Side-Schalter umfasst und der dritte Halbleiterchip den Low-Side-Schalter umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen dritten elektrischen Kontakt, der auf einer zweiten Hauptoberfläche des Laminats gegenüber der ersten Hauptoberfläche des Laminats angeordnet ist, wobei das Halbleiterbauelement ein oberflächenmontierbares Bauelement ist und der dritte elektrische Kontakt so ausgestaltet ist, dass er eine Oberflächenmontage des Halbleiterbauelements unterstützt.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 16, ferner umfassend: ein elektrisch leitendes Element, das sich durch das Einkapselungsmaterial erstreckt und so ausgestaltet ist, dass es eine elektrische Kopplung zwischen der ersten Hauptoberfläche des Laminats und einer Hauptoberfläche des Einkapselungsmaterials bereitstellt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, ferner umfassend: eine elektronische Komponente, die auf der Hauptoberfläche des Einkapselungsmaterials montiert und elektrisch an das elektrisch leitende Element gekoppelt ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Umverteilungsschicht, die über mindestens einer Oberfläche des Laminats und/oder im Laminat angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner umfassend: eine elektromagnetische Abschirmung, die über dem elektrisch leitenden Element angeordnet ist.
Halbleiterpackage, umfassend: ein Laminat; einen elektrischen Kontakt, der auf einer ersten Hauptoberfläche des Laminats angeordnet ist; einen ersten Halbleiterchip, der mindestens teilweise in dem Laminat eingebettet ist; einen zweiten Halbleiterchip, der auf der ersten Hauptoberfläche des Laminats angeordnet und elektrisch an den elektrischen Kontakt gekoppelt ist; und ein Einkapselungsmaterial, das den zweiten Halbleiterchip, den elektrischen Kontakt und das Laminat mindestens teilweise einkapselt.
Verfahren, umfassend: Einbetten eines ersten Halbleiterchips in einem Laminat; Ausbilden eines elektrischen Kontakts auf einer ersten Hauptoberfläche des Laminats; Montieren eines zweiten Halbleiterchips auf der ersten Hauptoberfläche des Laminats; und elektrisches Koppeln des zweiten Halbleiterchips an den elektrischen Kontakt.