DE102015104995B4 - Verbindungshalbleitervorrichtung mit einem mehrstufigen Träger - Google Patents

Verbindungshalbleitervorrichtung mit einem mehrstufigen Träger Download PDF

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Abstract

Vorrichtung, umfassend:einen Träger (2), der einen ersten Trägerabschnitt (2A) auf einer ersten Stufe (L1) und einen zweiten Trägerabschnitt (2B) auf einer zweiten Stufe (L2), die sich von der ersten Stufe (L1) unterscheidet, umfasst;einen Verbindungshalbleiterchip (4), der über dem ersten Trägerabschnitt (2A) angeordnet ist;einen Steuerhalbleiterchip (6), der über dem zweiten Trägerabschnitt (2B) angeordnet und zur Steuerung des Verbindungshalbleiterchips (4) ausgelegt ist;ein Einkapselungsmaterial (8), das den Verbindungshalbleiterchip (4) und den Steuerhalbleiterchip (6) bedeckt; undmehrere Leads (2C), die auf der zweiten Stufe (L2) und einer dritten Stufe (L3), die sich von der ersten Stufe (L1) und der zweiten Stufe (L2) unterscheidet, aus einer gemeinsamen Oberfläche des Einkapselungsmaterials (8) ragen, wobei die aus dem Einkapselungsmaterial (8) ragenden Abschnitte der mehreren Leads (2C) vollständig parallel zu einer Montagefläche des ersten Trägerabschnitts (2A) verlaufen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Halbleitervorrichtungen. Insbesondere betrifft die Offenbarung Vorrichtungen mit einem Verbindungshalbleitermaterial und einem Träger mit mehreren Stufen.
  • HINTERGRUND
  • Halbleitervorrichtungen können mehrere Halbleiterchips enthalten, die in getrennten Gehäusen angeordnet sein können. Die getrennten Gehäuse können elektrisch gekoppelt werden, um eine Kommunikation zwischen den enthaltenen Halbleiterchips aufzubauen. Während eines Betriebs der Halbleitervorrichtungen können unerwünschte Effekte, wie z.B. parasitäre Induktivitäten, innerhalb und außerhalb der Halbleitervorrichtungen auftreten. Halbleitervorrichtungen müssen ständig verbessert werden. Insbesondere kann es wünschenswert sein, unerwünschte Effekte, die während eines Betriebs der Vorrichtungen auftreten können, zu verringern.
  • Die Druckschrift EP 1 143 514 B1 betrifft eine Vorrichtung mit Trägern und darauf angeordneten Halbleiterchips, die von einem Einkapselungsmaterial bedeckt sind. Ferner umfasst die Vorrichtung mehrere Leads, die aus dem Einkapselungsmaterial herausragen. Die Leads ragen nicht auf unterschiedlichen Stufen aus dem Einkapselungsmaterial heraus und sind senkrecht nach oben gebogen.
  • Die Druckschrift DE 10 2010 000 199 A1 betrifft Vorrichtungen mit mehreren Leads, die aus einem Einkapselungsmaterial herausragen. Die Leads treten auf einer gleichen Höhe aus dem Einkapselungsmaterial heraus.
  • Die Druckschrift US 6 432 750 B2 betrifft einen Träger mit mehreren Trägerabschnitten, auf denen Halbleiterchips angeordnet sind. Mehrere Leads ragen aus einem Einkapselungsmaterial heraus. Die Leads ragen nicht auf unterschiedlichen Stufen aus dem Einkapselungsmaterial heraus. Die Leads verlaufen nicht vollständig parallel zu den Montageflächen der Trägerabschnitte, sondern sind senkrecht nach oben bzw. unten gebogen.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Zeichnungen sind für eine nähere Erklärung von Aspekten enthalten und sind in diese Beschreibung eingegliedert und stellen einen Teil derselben dar. Die Zeichnungen zeigen Aspekte und dienen gemeinsam mit der Beschreibung zur Erklärung von Prinzipien von Aspekten. Andere Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile von Aspekten sind sofort offensichtlich, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt relativ zueinander im Maßstab. Entsprechenden gleichen Teilen können gleiche Bezugszeichen zugeordnet sein.
    • 1A zeigt schematisch eine Draufsicht einer Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung.
    • 1B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 100.
    • 2A zeigt schematisch eine Draufsicht einer Vorrichtung 200 gemäß der Offenbarung.
    • 2B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 200.
    • 3A zeigt schematisch eine Draufsicht einer Vorrichtung 300 gemäß der Offenbarung.
    • 3B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 300.
    • 4A zeigt schematisch eine Draufsicht einer Vorrichtung 400 gemäß der Offenbarung.
    • 4B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 400.
    • 5A zeigt schematisch eine Draufsicht einer Vorrichtung 500 gemäß der Offenbarung.
    • 5B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 500.
    • 6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 600 gemäß der Offenbarung.
    • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbbrückenschaltung 700.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen zur Veranschaulichung spezielle Aspekte dargestellt sind, in welchen die Offenbarung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht kann richtungsbezogene Terminologie, wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, usw. unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Komponenten der beschriebenen Vorrichtungen in zahlreichen verschiedenen Orientierungen angeordnet sein können, kann die richtungsbezogene Terminologie zur Veranschaulichung verwendet werden und ist in keiner Weise einschränkend.
  • Wie in dieser Beschreibung verwendet, müssen die Begriffe „verbunden“, „gekoppelt“, „elektrisch verbunden“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ nicht unbedingt bedeuten, dass Elemente direkt verbunden oder aneinander gekoppelt sind. Es können dazwischen liegende Elemente zwischen den „verbundenen“, „gekoppelten“, „elektrisch verbundenen“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorgesehen sein.
    Ferner kann das Wort „über“, das in Bezug auf z.B. eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ einer Oberfläche eines Objekts gebildet ist oder liegt, hier in der Bedeutung verwendet werden, dass die Materialschicht „direkt auf“, z.B. in direktem Kontakt mit, der genannten Oberfläche liegt (z.B. darauf gebildet, abgeschieden, usw. ist). Das Wort „über“, das in Bezug z.B. auf eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ einer Oberfläche gebildet ist oder liegt, kann hier auch in der Bedeutung verwendet werden, dass die Materialschicht „indirekt auf“ der genannten Oberfläche liegt (z.B. darauf gebildet, abgeschieden, usw. ist), wobei z.B. eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der genannten Oberfläche und der Materialschicht angeordnet sind.
  • Ferner können die Worte „senkrecht“ und „parallel“ hier in Bezug auf eine relative Ausrichtung von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden. Es ist klar, dass diese Begriffe nicht unbedingt bedeuten, dass das spezielle geometrische Verhältnis in einem strengen geometrischen Sinn erfüllt ist. Stattdessen kann es notwendig sein, Herstellungstoleranzen der enthaltenen Komponenten in dieser Hinsicht zu berücksichtigen. Wenn zum Beispiel zwei Oberflächen eines Einkapselungsmaterials eines Halbleitergehäuses als senkrecht (oder parallel) zueinander spezifiziert sind, kann ein tatsächlicher Winkel zwischen diesen Oberflächen, abhängig von Toleranzen, die typischerweise auftreten, wenn Techniken zur Herstellung einer Einhäusung, die aus dem Einkapselungsmaterial besteht, angewendet werden, von einem exakten Wert von 90 (oder 0) Grad um einen Abweichungswert abweichen.
  • Hier werden Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen beschrieben. Anmerkungen in Verbindung mit einer beschriebenen Vorrichtung können auch für ein entsprechendes Verfahren gelten und umgekehrt. Wenn zum Beispiel eine spezielle Komponente einer Vorrichtung beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung einen Vorgang zum Vorsehen der Komponente in geeigneter Weise beinhalten, selbst wenn ein solcher Vorgang nicht ausdrücklich beschrieben oder in den Figuren dargestellt ist. Zusätzlich können die Merkmale der verschiedenen, hier beschriebenen, beispielhaften Aspekte miteinander kombiniert werden, falls nicht ausdrücklich anderes angegeben ist.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können einen oder mehrere Halbleiterchips enthalten, die von unterschiedlicher Art sind, und können durch unterschiedliche Technologien hergestellt werden. Im Allgemeinen können Halbleiterchips integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen, passive Komponeten, usw. enthalten. Zusätzlich können die integrierten Schaltungen als logische integrierte Schaltungen, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen, integrierte passive Komponenten, mikroelektromechanische Systeme, usw. gestaltet sein.
  • Die Halbleiterchips müssen nicht aus einem speziellen Halbleitermaterial hergestellt sein und können anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie zum Beispiel Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle. In einem Beispiel können die Halbleiterchips aus einem elementaren Halbleitermaterial bestehen oder dieses enthalten, zum Beispiel Si, usw. In einem weiteren Beispiel können die Halbleiterchips aus einem Verbindungshalbleitermaterial bestehen oder dieses enthalten, zum Beispiel GaN, SiC, SiGe, GaAs, usw. Insbesondere können die hier beschriebenen Vorrichtungen einen oder mehrere Verbindungshalbleiterchip(s) enthalten, die auf einem Verbindungshalbleitermaterial basieren.
  • Die Halbleiterchips können einen oder mehrere Leistungshalbleiter enthalten. Im Allgemeinen können die Halbleiterchips als Dioden, Leistungs-MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), HEMTs (High Electron Mobility Transistors), Super-Junction-Vorrichtungen, bipolare Leistungstransistoren, usw. gestaltet sein. Insbesondere können die Leistungshalbleiterchips auf einem oder mehreren der oben angeführten Verbindungshalbleitermaterialien beruhen. Vorrichtungen gemäß der Offenbarung sind nicht darauf beschränkt, eine spezielle Art von Leistungshalbleiterchip zu enthalten. Anmerkungen in Verbindung mit einer speziellen Art von Leistungshalbleiterchip können somit ebenso für weitere Arten von Leistungshalbleiterchips gelten. Als solches können die Begriffe „Leistungs-MOSFET“, „Leistungs-HEMT“, „MOSFET“, „HEMT“ hier zum Beispiel synonym verwendet werden.
  • Die Halbleiterchips können eine vertikale Struktur haben, d.h. die Halbleiterchips können so hergestellt werden, dass elektrische Ströme im Wesentlichen in eine Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der Halbleiterchips fließen. Ein Halbleiterchip mit einer vertikalen Struktur kann Elektroden über seinen zwei Hauptflächen haben, d.h. über seiner oberen Seite und seiner unteren Seite. Insbesondere können Leistungshalbleiterchips eine vertikale Struktur haben und Lastelektroden können über beiden Hauptflächen angeordnet sein. Zum Beispiel können die Source-Elektrode und Gate-Elektrode eines Leistungs-MOSFET über einer Fläche angeordnet sein, während die Drain-Elektrode des Leistungs-MOSFET über der anderen Fläche angeordnet sein kann. In einem weiteren Beispiel kann ein Leistungs-HEMT als ein vertikaler Leistungshalbleiterchip gestaltet sein. Weitere Beispiele für einen vertikalen Leistungshalbleiterchip sind ein PMOS (P-Channel Metal Oxide Semiconductors), ein NMOS (N-Channel Metal Oxide Semiconductors) oder einer der oben angegebenen beispielhaften Leistungshalbleiter.
  • Die Halbleiterchips können eine laterale Struktur haben, d.h. die Halbleiterchips können so hergestellt sein, dass elektrische Ströme im Wesentlichen in eine Richtung parallel zu einer Hauptfläche der Halbleiterchips fließen. Bei einem Halbleiterchip mit einer lateralen Struktur können Elektroden über einer seiner Hauptflächen angeordnet sein. In einem Beispiel kann ein Halbleiterchip mit einer lateralen Struktur eine integrierte Schaltung, wie z.B. einen logischen Chip enthalten. In einem weiteren Beispiel kann ein Leistungshalbleiterchip eine laterale Struktur haben, wobei die Lastelektroden über einer Hauptfläche des Chips angeordnet sein können. Zum Beispiel können die Source-Elektrode, die Gate-Elektrode und die Drain-Elektrode eines Leistungs-MOSFET über einer Hauptfläche des Leistungs-MOSFET angeordnet sein. Ein weiteres Beispiel eines lateralen Leistungshalbleiterchips kann ein HEMT (High Electron Mobility Transistors) sein, der aus einem oder mehreren der oben genannten Verbindungshalbleitermaterialien hergestellt sein kann.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können einen oder mehrere Steuerhalbleiterchip(s) (oder integrierte Steuerschaltungen) enthalten, die zum Steuern und/oder Treiben elektronischer Komponenten der Vorrichtung gestaltet sind. Zum Beispiel kann ein Steuerhalbleiterchip zum Steuern und/oder Treiben der integrierten Schaltungen eines oder mehrerer Leistungshalbleiterchips gestaltet sein. In dieser Hinsicht können die Begriffe „Steuerhalbleiterchip“ und „Treiberhalbleiterchip“ synonym verwendet werden.
  • Eine Treiberschaltung kann zum Treiben einer oder mehrerer elektronischer Komponenten gestaltet sein, zum Beispiel eines Hochleistungstransistors, der in der Vorrichtung enthalten sein kann. Die getriebenen Komponenten können spannungsgetrieben oder stromgetrieben sein. Zum Beispiel können Leistungs-MOSFETs, IGBTs, usw., spannungsgetriebene Schalter sein, da sich ihr isoliertes Gate insbesondere wie ein Kondensator verhalten kann. Im Gegensatz dazu können Schalter wie Triacs (Triode für Wechselstrom), Thyristoren, bipolare Transistoren, eine PN-Diode, usw., stromgetrieben sein. In einem Beispiel kann ein Treiben einer Komponente, die eine Gate-Elektrode enthält, das Anlegen unterschiedlicher Spannungen an die Gate-Elektrode enthalten, z.B. in der Form wechselnder Einschalt- und Ausschalt-Wellenformen. In einem weiteren Beispiel kann eine Treiberschaltung zum Treiben einer direkt getriebenen Schaltung verwendet werden. Eine Steuerschaltung kann zum Steuern eines oder mehrerer Treiber, die Komponenten der Vorrichtung treiben, gestaltet sein. In einem Beispiel, kann eine Steuerschaltung gleichzeitig Treiber von mehreren direkt getriebenen Schaltungen steuern. Zum Beispiel kann somit eine Halbbrückenschaltung, die zwei direkt getriebene Schaltungen enthält, von einer Steuerung gesteuert werden.
  • Die Halbleiterchips können eine beliebige Anzahl elektrischer Kontakte enthalten. In einem Beispiel können die elektrischen Kontakte über der Vorderseite und der Rückseite des Halbleiterchips angeordnet sein. Ein solcher Halbleiterchip kann z.B. einem Leistungshalbleiterchip entsprechen, der einen Drain-Kontakt enthalten kann, der an einer Seite des Halbleiterchips angeordnet ist, wie auch einen Source-Kontakt und einen Gate-Kontakt, die über der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips angeordnet sind. In einem weiteren Beispiel können die elektrischen Kontakte ausschließlich über der Vorderseite des Halbleiterchips angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein solcher Halbleiterchip als lateraler Chip bezeichnet werden und kann z.B. einem diskreten Halbleiterchip entsprechen. Ein elektrischer Kontakt kann die Form einer Kontaktstelle (oder eines Kontaktelements oder eines Kontaktanschlusses oder einer Kontaktelektrode) haben, die aus zumindest einem von einem Metall und einer Metalllegierung hergestellt sein kann. Es kann jedes gewünschte Metall oder jede gewünschte Metalllegierung, zum Beispiel, Aluminium, Titan, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Nickel, Chrom, Vanadium, Wolfram, Molybdän, usw., als Material verwendet werden.
  • Die Halbleiterchips können eingehäust oder nicht eingehäust sein. In dieser Hinsicht können die Begriffe „Halbleitervorrichtung“ und „Halbleitergehäuse“, wie in dieser Beschreibung verwendet, untereinander austauschbar verwendet werden. Insbesondere kann ein Halbleitergehäuse eine Halbleitervorrichtung sein, die ein Einkapselungsmaterial enthält, das zumindest teilweise eine oder mehrere Komponenten der Halbleitervorrichtung einkapseln kann.
  • Das Einkapselungsmaterial kann elektrisch isolierend sein und kann einen Einkapselungskörper bilden. Das Einkapselungsmaterial kann zumindest eines von einem Epoxid, einem mit Glasfaser gefüllten Epoxid, einem mit Glasfaser gefüllten Polymer, einem Imid, einem gefüllten oder nicht gefüllten thermoplastischen Polymermaterial, einem gefüllten oder nicht gefüllten duroplastischen Polymermaterial, einer gefüllten oder nicht gefüllten Polymermischung, einem wärmehärtenden Material, einer Vergussverbindung, einem Glob-Top Material, einem Laminatmaterial, usw. enthalten. Es können verschiedene Techniken zum Einkapseln von Komponenten der Vorrichtung mit dem Einkapselungsmaterial verwendet werden, zum Beispiel zumindest eines von Pressguss, Spritzguss, Pulverguss, Flüssigguss, Laminierung, usw.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können einen Träger enthalten, über dem ein oder mehrere Halbleiterchip(s) angeordnet sein können. Im Allgemeinen kann der Träger einen oder mehrere Trägerabschnitt(e) enthalten, die verschiedene Zwecke haben können. In einem Beispiel kann ein Trägerabschnitt eine Montagefläche zum Montieren einer elektronischen Komponente der Vorrichtung vorsehen. In dieser Hinsicht kann der Trägerabschnitt z.B. einem Diepad entsprechen, auf dem ein Halbleiterchip montiert sein kann. Eine Stufe der Vorrichtung, die einen solchen Trägerabschnitt enthält, kann als Diepad-Stufe bezeichnet werden. In einem weiteren Beispiel kann ein Trägerabschnitt einen oder mehrere elektrisch leitende Anschlüsse (oder Leads oder Stifte) enthalten, die eine elektrische Verbindung zwischen Komponenten der Vorrichtung und zu externen Komponenten vorsehen können. In dieser Hinsicht kann der Trägerabschnitt z.B. einem Lead oder mehreren Leads eines Leadframe entsprechen. Die Leads können z.B. aus einem Einkapselungsmaterial eines Halbleitergehäuses herausragen und eine elektrische Verbindung zu internen Komponenten des Halbleitergehäuses vorsehen. Eine elektrische Verbindung zwischen einem Lead und einem Halbleiterchip der Vorrichtung kann zusätzlich durch ein elektrisch leitendes Kopplungselement, wie z.B. einen Draht oder einen Clip, erreicht werden. Eine Stufe der Vorrichtung, die einen solchen Trägerabschnitt enthält, kann als eine Drahtbond-Stufe bezeichnet werden. In einem weiteren allgemeinen Beispiel kann ein Trägerabschnitt eine Kombination der beschriebenen Trägerabschnitte sein.
  • Die Trägerabschnitte eines Trägers können auf einer oder mehreren Stufe(n) angeordnet sein, die sich voneinander unterscheiden können. Ein Träger mit mehreren Trägerabschnitten, die auf verschiedenen Stufen angeordnet sind, kann als mehrstufiger Träger bezeichnet werden. In einem Beispiel kann jeder Trägerabschnitt eines Trägers in einer Ebene angeordnet sein, wobei die verschiedenen Ebenen, die mit den verschiedenen Trägerabschnitten verknüpft sind, parallel zueinander angeordnet sein können. Zum Beispiel können Diepads der Vorrichtung auf der Diepad-Stufe angeordnet sein, elektrische Anschlüsse, die an Drahtbonds gekoppelt sind, können auf der Drahtbond-Stufe angeordnet sein, usw. In einem mehrstufigen Träger kann ein Abstand zwischen einer ersten Stufe und einer unterschiedlichen zweiten Stufe in einem Bereich von etwa 0,5 Millimeter bis etwa 5,0 Millimeter liegen und insbesondere in einem der Teilbereiche liegen, die in diesem genannten Bereich enthalten sind.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen sind nicht darauf beschränkt, dass sie nur einen einzigen Träger enthalten, sondern können auch mehrere Träger enthalten. Im Allgemeinen kann ein Träger aus einem Metall, einer Legierung, einem Dielektrikum, einem Kunststoff, einer Keramik oder einer Kombination davon hergestellt werden. Der Träger kann eine homogene Struktur haben, kann aber auch interne Strukturen wie Leiterbahnen mit einer elektrischen Umverteilungsfunktion vorsehen. Ein Grundriss des Trägers kann von einer Anzahl und Grundrissen von Halbleiterchips abhängig sein, die über dem Träger angeordnet werden sollen. Beispiele für Träger können ein Diepad, ein Leadframe, das ein Diepad enthält, oder eine Keramikträgerschicht, die eine oder mehrere Umverteilungsschichten enthält, sein.
  • Die Trägerabschnitte eines Trägers können zumindest teilweise von einem Einkapselungsmaterial der Vorrichtung bedeckt sein. Ein Trägerabschnitt kann vollständig von einem Einkapselungsmaterial umgeben sein, so dass keine Oberflächen des Trägerabschnitts von außerhalb des Einkapselungsmaterials zugänglich sind. Ein weiterer Trägerabschnitt kann zumindest teilweise von einem Einkapselungsmaterial freigelegt sein, so dass eine oder mehrere freiliegende Oberflächen vorhanden sein können. Zum Beispiel kann eine Oberfläche eines Diepads von einem Einkapselungsmaterial freigelegt sein, so dass eine Wärmesenke über der freiliegenden Oberfläche angeordnet sein kann. Eine Wärmeleitpaste kann zwischen der freiliegenden Oberfläche des Diepads und der Wärmesenke angeordnet sein. Während eines Betriebs einer entsprechenden Vorrichtung kann Wärme, die z.B. von einem Halbleiterchip erzeugt wird, entlang eines Weges abgeleitet werden, der sich vom Halbleiterchip zur Wärmesenke erstrecken kann. In einem Beispiel kann das Diepad ein Loch enthalten, das sich durch das Diepad erstreckt, wobei das Loch von Einkapselungsmaterial freigelegt sein kann. In einem weiteren Beispiel kann der Teil des Diepads, der das Loch enthält, ebenso von Einkapselungsmaterial bedeckt sein, wobei sich das Loch dann auch durch das Einkapselungsmaterial erstrecken kann. Die Wärmesenke kann am Diepad durch eine Befestigungskomponente (z.B. eine Schraube) befestigt sein, die sich durch das Loch erstrecken kann.
  • In einem Beispiel kann ein Träger ein Leadframe enthalten, das jede Form, jede Größe und jede Materialbeschaffenheit aufweisen kann. Das Leadframe kann so strukturiert sein, dass Diepads (oder Chip-Inseln) und Leads (oder Stifte) gebildet werden können. Während einer Herstellung einer Vorrichtung können die Diepads und die Leads miteinander verbunden werden. Die Diepads und die Leads können auch in einem Stück hergestellt werden. Die Diepads und die Leads können durch Verbindungsmittel miteinander verbunden werden, mit dem Zweck, einige der Diepads und der Leads im Verlauf der Herstellung zu trennen. Hier kann ein Trennen der Diepads und der Leads durch zumindest eines von mechanischem Sägen, Laserstrahl, Schneiden, Stanzen, Fräsen, Ätzen und jede andere geeignete Technik durchgeführt werden. In einem Beispiel kann das Leadframe ein mehrstufiges Leadframe mit verschiedenen Abschnitten sein, die in verschiedenen Stufen angeordnet sind. Zum Beispiel können die verschiedenen Stufen des Leadframe durch Biegen des Leadframe in geeigneter Weise erreicht werden, bevor oder nachdem die unterschiedlichen Trägerabschnitte gebildet werden.
  • Insbesondere kann ein Leadframe elektrisch leitend sein. Zum Beispiel kann das Leadframe zur Gänze aus Metallen und/oder Metalllegierungen gebildet sein, insbesondere aus zumindest einem von Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel, Eisennickel, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl, rostfreiem Stahl und anderen geeigneten Materialien. Das Leadframematerial kann Spuren von Eisen, Schwefel, Eisennitrid, usw. enthalten. Das Leadframe kann mit einem elektrisch leitenden Material plattiert sein, zum Beispiel zumindest einem von Kupfer, Silber, Palladium, Gold, Nickel, Eisennickel, und Nickelphosphor. In diesem Fall kann das Leadframe als „vorplattiertes Leadframe“ bezeichnet werden. Selbst wenn ein Leadframe elektrisch leitend sein kann, kann eine willkürliche Auswahl von Diepads des Leadframe elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Eine Form, Größe und/oder ein Material eines Leadframe kann von dem (den) Halbleiterchip(s) abhängen, der bzw. die über dem Leadframe angeordnet sein können. In einem Beispiel kann ein Verbindungshalbleiterchip, wie z.B. ein GaN-Chip, über dem Leadframe angeordnet sein. In diesem Fall kann das Leadframe aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung bestehen oder diese(s) enthalten. Ein solches Leadframe kann eine Dicke von etwa 1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter, insbesondere von etwa 1 Millimeter bis etwa 2 Millimeter aufweisen. Zum Beispiel kann das Leadframe mit einer Wärmesenke verbunden sein, die aus einem ähnlichen Material besteht. In einem weiteren Beispiel kann ein Niederspannungshalbleiterchip über dem Leadframe angeordnet sein. In diesem Fall kann das Leadframe aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung bestehen oder diese(s) enthalten und kann ferner Spuren von Eisen und/oder Schwefel enthalten. Ein solches Leadframe kann eine Dicke von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 0,5 Millimeter, insbesondere von etwa 0,2 Millimeter bis etwa 0,3 Millimeter haben.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können mehrere Leads (oder Stifte) enthalten, die z.B. ein Teil eines Leadframe sein können. Die mehreren Leads können aus einem Einkapselungsmaterial der Vorrichtung herausragen, so dass eine elektrische Verbindung zwischen internen Komponenten der Vorrichtung und externen Komponenten errichtet werden kann. In einem Beispiel können die mehreren Leads aus einer speziellen Oberfläche des Einkapselungsmaterials herausragen, wobei die einzelnen Leads insbesondere parallel angeordnet sein können. Die Abstände zwischen den einzelnen Leads können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. In dieser Hinsicht kann ein Abstand zwischen zwei Leads als ein Leadpitch bezeichnet werden. In einem Beispiel kann ein Leadpitch plow zwischen zwei Leads, die für Niederspannungs- oder logische Anwendungen verwendet werden, in einem Bereich von etwa 1 Millimeter bis etwa 3 Millimeter liegen, und ein Leadpitch phigh zwischen zwei Leads, die für Hochspannungs-/Hochstromanwendungen verwendet werden, kann etwa 2×plow sein. Die mehreren Leads können auf einer oder mehreren Stufen des Leadframe angeordnet sein, die sich voneinander unterscheiden.
  • Einer oder mehrere Halbleiterchips können über einem Lead oder mehreren Leads der mehreren Leads angeordnet sein. In dieser Hinsicht kann ein Lead eine vergrößerte Oberfläche enthalten, die sich zum Beispiel an einem seiner Enden befindet, an dem ein Halbleiterchip montiert sein kann. In einem Beispiel kann die vergrößerte Oberfläche eine rechteckige Form aufweisen und kann eine Oberfläche haben, die insbesondere größer als eine Oberfläche einer Hauptfläche des Halbleiterchips sein kann. In einem Beispiel kann eine Länge eines Seitenrandes des vergrößerten Teils in einem Bereich von etwa 1 Millimeter bis etwa 4 Millimeter liegen. Ein Halbleiterchip, der an einem Lead montiert ist, kann z.B. einen Leistungshalbleiter, zum Beispiel eine Leistungsdiode enthalten.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können ein oder mehrere elektrisch leitende(s) Element(e) enthalten, das (die) zum Vorsehen einer elektrischen Kopplung zwischen Komponenten der Vorrichtungen gestaltet ist (sind). Zum Beispiel können die elektrisch leitenden Elemente für eine elektrische Verbindung eines ersten Halbleiterchips und eines zweiten Halbleiterchips oder zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Halbleiterchip und einer weiteren Komponente, die innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung angeordnet sein kann, gestaltet sein.
  • Ein elektrisch leitendes Element kann einen oder mehrere Kontaktclip(s) enthalten. Ein Kontaktclip kann aus einem Material ähnlich dem oben beschriebenen Material eines Leadframe bestehen oder dieses enthalten. Die Form des Kontaktclips ist nicht unbedingt auf eine spezielle Größe oder eine spezielle geometrische Form beschränkt. Der Kontaktclip kann durch zumindest eines von Stanzen, Prägen, Pressen, Schneiden, Sägen, Fräsen und jede andere geeignete Technik hergestellt werden. Ein Kontakt zwischen dem elektrisch leitenden Element und einer Kontaktstelle eines Halbleiterchips kann durch jede geeignete Technik errichtet werden. In einem Beispiel kann das elektrisch leitende Element an andere Komponenten gelötet werden, indem zum Beispiel ein Diffusionslötprozess verwendet wird.
  • Ein elektrisch leitendes Element kann einen Draht oder mehrere Drähte, insbesondere Bonddrähte oder Bondingdrähte enthalten. Ein Draht kann ein Metall und/oder eine Metalllegierung, insbesondere Gold, Aluminium, Kupfer oder eine oder mehrere ihrer Legierungen enthalten. Zusätzlich kann der Draht einen Überzug enthalten oder nicht. Der Draht kann im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt haben, so dass sich der Begriff „Dicke“ des Drahtes auf den Durchmesser des Bonddrahtes beziehen kann. Es ist jedoch klar, dass der Draht auch einen Querschnitt einer anderen und willkürlichen Form haben kann. Im Allgemeinen kann ein Draht eine Dicke von etwa 15 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer und insbesondere eine Dicke von etwa 20 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer haben.
  • In einem ersten besonderen Beispiel kann der Draht eine Dicke kleiner als 75 Mikrometer haben, zum Beispiel eine Dicke von etwa 50 Mikrometer bis etwa 75 Mikrometer. Ein solcher Draht kann insbesondere Aluminium enthalten oder aus diesem bestehen. Der Draht kann weitere Materialien enthalten, zum Beispiel bis zu 1% Silizium. Zum Beispiel kann ein solcher Draht eine elektrische Verbindung zwischen einem Kontaktelement und einer Gate-Elektrode eines Leistungshalbleiterchips und/oder zwischen Gate-Elektroden von zwei verschiedenen Leistungshalbleiterchips vorsehen. In einem zweiten besonderen Beispiel kann der Draht eine Dicke von etwa 125 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer haben. Ein solcher Draht kann insbesondere zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktelement und einer Source-Elektrode eines Leistungshalbleiterchips verwendet werden.
  • 1A und 1B zeigen schematisch Ansichten einer Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung. Insbesondere zeigt 1A eine Draufsicht der Vorrichtung 100 und 1B zeigt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 100. Aufgrund der gewählten Perspektiven kann 1A Komponenten zeigen, die in 1B nicht dargestellt sind, und umgekehrt. In dem Beispiel von 1A und 1B ist die Vorrichtung 100 allgemein dargestellt und kann weitere Komponenten enthalten, die der Einfachheit wegen nicht dargestellt sind. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 100 ferner eine oder mehrere Komponenten von anderen Vorrichtungen gemäß der Offenbarung enthalten. Eine ausführlichere Vorrichtung ähnlich der Vorrichtung 100 ist z.B. in Verbindung mit 4A und 4B beschrieben.
  • Die Vorrichtung 100 kann einen Träger enthalten, der einen ersten Trägerabschnitt 2A auf einer ersten Stufe L1 und einen zweiten Trägerabschnitt 2B auf einer zweiten Stufe L2, die sich von der ersten Stufe L1 unterscheidet, enthalten kann. In einem Beispiel können der erste Trägerabschnitt 2A und der zweite Trägerabschnitt 2B jeweils einem Diepad entsprechen. Ein beispielhafter Abstand zwischen der ersten Stufe L1 und der zweiten Stufe L2 kann in einem Bereich von etwa 0,5 Millimeter bis etwa 5,0 Millimeter liegen. Die Vorrichtung 100 kann ferner einen Verbindungshalbleiterchip 4 enthalten, der über dem ersten Trägerabschnitt 2A angeordnet sein kann. In einem Beispiel kann der Verbindungshalbleiterchip ein auf GaN basierender Leistungs-HEMT sein. Zusätzlich kann die Vorrichtung 100 einen Steuerhalbleiterchip 6 enthalten, der über dem zweiten Trägerabschnitt 2B angeordnet und zum Steuern des Verbindungshalbleiterchips 4 gestaltet sein kann. In einem Beispiel kann der Steuerhalbleiterchip 6 einem Gate-Treiber entsprechen, der zum Treiben einer Gate-Elektrode eines Leistungs-HEMT gestaltet sein kann. Die Vorrichtung 100 kann ferner ein Einkapselungsmaterial 8 enthalten, das den Verbindungshalbleiterchip 4 und den Steuerhalbleiterchip 6 bedecken kann. In einem Beispiel kann die Vorrichtung 100 als Schalter einer Halbbrückenschaltung dienen.
  • Während eines Betriebs der Vorrichtung 100 können unerwünschte parasitäre Effekte auftreten. Der Steuerhalbleiterchip 6 kann mit dem Verbindungshalbleiterchip 4 durch ein elektrisch leitendes Kopplungselement 10 zu Steuerzwecken elektrisch verbunden werden. Im Allgemeinen kann das Kopplungselement 10 beliebig sein und kann z.B. zumindest eines von einem Draht und einem Clip enthalten. In einem spezielleren Beispiel kann das Kopplungselement 10 einen Draht oder mehrere Drähte enthalten, die einen Gate-Treiber und eine Gate-Elektrode eines Leistungs-HEMT elektrisch verbinden. Ein solcher Draht (solche Drähte) kann (können) z.B. zumindest aus einem von Al, Au, Cu, usw. bestehen oder dieses enthalten. Eine Dicke eines solchen Drahtes (solcher Drähte) kann z.B. in einem Bereich von etwa 20 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer liegen. Zusätzlich kann eine Länge eines solchen Drahtes (solcher Drähte) z.B. in einem Bereich von etwa 1 Millimeter bis etwa 10 Millimeter liegen. Typische Ströme, die durch einen solchen Draht (solche Drähte) laufen, können z.B. in einem Bereich von etwa 0,1A bis etwa 10A liegen. Zum Beispiel kann ein Strom im Kopplungselement 10 eine parasitärartige Induktivität L induzieren. Für ein Beispiel eines Leistungs-HEMT-Chips, der auf GaN beruht und von einer Treiberschaltung getrieben wird, kann ein Wert der Induktivität L viel höher als 2nH sein, d.h. L»2nH. Ein solcher Induktivitätswert kann z.B. eine unerwünschte Wirkung auf eine Schaltleistung einer Halbbrücke haben, die den Leistungs-HEMT und die Treiberschaltung enthält. Insbesondere kann der Wert der Induktivität L mit zunehmender Länge des Kopplungselements 10 steigen. In dem Beispiel von 1A und 1B sind die Halbleiterchips 4 und 6 in demselben Einkapselungsmaterial 8 angeordnet. Zusätzlich sind die Halbleiterchips 4 und 6 über dem Trägerabschnitt 2A, 2B desselben Trägers angeordnet. Die gewählte Anordnung kann somit insbesondere eine Länge des Kopplungselements 10 und somit einen Wert der parasitären Induktivität L verringern. Zusätzlich kann die gewählte Anordnung zu einem kompakten Design der Vorrichtung 100 führen.
  • 2A und 2B zeigen schematisch Ansichten einer Vorrichtung 200 gemäß der Offenbarung. Insbesondere zeigt 2A eine Draufsicht der Vorrichtung 200 und 2B zeigt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 200. Aufgrund der gewählten Perspektiven kann 2A Komponenten zeigen, die in 2B nicht dargestellt sind, und umgekehrt. In dem Beispiel von 2A und 2B ist die Vorrichtung 200 allgemein dargestellt und kann weitere Komponenten enthalten, die der Einfachheit wegen nicht dargestellt sind. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 200 ferner eine oder mehrere Komponenten von anderen Vorrichtungen gemäß der Offenbarung enthalten. Eine ausführlichere Vorrichtung ähnlich der Vorrichtung 200 ist z.B. in Verbindung mit 4A und 4B beschrieben.
  • Die Vorrichtung 200 kann ein Leadframe enthalten, das ein erstes Diepad 2A auf einer ersten Stufe L1, ein zweites Diepad 2B auf einer zweiten Stufe L2, und mehrere Leads 2C auf einer dritten Stufe L3 enthält. Die Stufen L1, L2, L3 können sich voneinander unterscheiden. Ein beispielhafter Abstand zwischen zwei benachbarten Stufen, zum Beispiel zwischen der ersten Stufe L1 und der zweiten Stufe L2, kann in einem Bereich von etwa 0,5 Millimeter bis etwa 5,0 Millimeter liegen. Die Vorrichtung 200 kann ferner einen Verbindungshalbleiterchip 4 enthalten, der über dem ersten Diepad 2A angeordnet ist, und einen Steuerhalbleiterchip 6, der über dem zweiten Diepad 2B angeordnet ist, wobei der Steuerhalbleiterchip 6 zum Steuern des Verbindungshalbleiterchips 4 gestaltet sein kann. Die Halbleiterchips 4 und 6 können den entsprechenden Komponenten von 1A und 1B ähnlich sein. Die mehreren Leads 2C können an zumindest einen von dem Verbindungshalbleiterchip 4 und dem Steuerhalbleiterchip 6 elektrisch gekoppelt sein. Die Vorrichtung 200 kann der Vorrichtung 100 ähnlich sein, so dass Anmerkungen in Verbindung mit der Vorrichtung 100 auch für die Vorrichtung 200 gelten.
  • 3A und 3B zeigen schematisch Ansichten einer Vorrichtung 300 gemäß der Offenbarung. Insbesondere zeigt 3A eine Draufsicht der Vorrichtung 300 und 3B zeigt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 300. Aufgrund der gewählten Perspektiven kann 3A Komponenten zeigen, die in 3B nicht dargestellt sind, und umgekehrt. In dem Beispiel von 3A und 3B ist die Vorrichtung 300 allgemein dargestellt und kann weitere Komponenten enthalten, die der Einfachheit wegen nicht dargestellt sind. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 300 ferner eine oder mehrere Komponente(n) von anderen Vorrichtungen gemäß der Offenbarung enthalten. Eine ausführlichere Vorrichtung ähnlich der Vorrichtung 300 ist z.B. in Verbindung mit 4A und 4B beschrieben.
  • Die Vorrichtung 300 kann einen Träger enthalten, der einen ersten Trägerabschnitt 2A auf einer ersten Stufe L1 und einen zweiten Trägerabschnitt 2B auf einer zweiten Stufe L2 aufweist, die sich von der ersten Stufe L1 unterscheidet. Zum Beispiel können die Trägerabschnitte 2A, 2B den entsprechenden Trägerabschnitten von 1 ähnlich sein. Die Vorrichtung 300 kann ferner einen Verbindungshalbleiterchip 4 enthalten, der über einer ersten Oberfläche 14A des ersten Trägerabschnitts 2A angeordnet sein kann, und einen Steuerhalbleiterchip 6, der über dem zweiten Trägerabschnitt 2B angeordnet sein kann und zur Steuerung des Verbindungshalbleiterchips 4 gestaltet sein kann. Zum Beispiel können Halbleiterchips 4, 6 den entsprechenden Halbleiterchips der vorangehenden Figuren ähnlich sein. Die Vorrichtung 300 kann ferner ein Einkapselungsmaterial 8 enthalten, das den Verbindungshalbleiterchip 4 und den Steuerhalbleiterchip 6 bedecken kann. Eine zweite Oberfläche 14B des ersten Trägerabschnitts 2A gegenüber der ersten Oberfläche 14A kann von Einkapselungsmaterial 8 freigelegt sein. Die Vorrichtung 300 kann ferner mehrere Leads 2C enthalten, die an zumindest einen von dem Verbindungshalbleiterchip 4 und dem Steuerhalbleiterchip 6 elektrisch gekoppelt sein können. Die mehreren Leads 2C können aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen. Zusätzlich können die mehreren Leads 2C an zumindest einer von der zweiten Stufe L2 und einer dritten Stufe L3 angeordnet sein, die sich von der ersten Stufe L1 und der zweiten Stufe L2 unterscheidet. In dem nicht einschränkenden Beispiel von 3 wird die Stufe L3 so gewählt, dass sie sich von den Stufen L1 und L2 unterscheidet. Ein Abstand zwischen z.B. der dritten Stufe L3 und der zweiten Stufe L2 kann in einem Bereich von etwa 0,5 Millimeter bis etwa 5 Millimeter liegen. Die Vorrichtung 300 kann den Vorrichtungen 100 und 200 ähnlich sein, so dass Anmerkungen, die in Verbindung mit 1 und 2 gemacht wurden, auch für 3 gelten können.
  • 4A und 4B zeigen schematisch Ansichten einer Vorrichtung 400 gemäß der Offenbarung. Insbesondere zeigt 4A eine Draufsicht der Vorrichtung 400 und 4B zeigt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 400. Aufgrund der gewählten Perspektiven kann 4A Komponenten zeigen, die in 4B nicht dargestellt sind, und umgekehrt. Die Vorrichtung 400 kann als eine ausführlichere Ausführung der Vorrichtungen 100 bis 300 angesehen werden, so dass Einzelheiten der unten beschriebenen Vorrichtung 400 gleichermaßen bei den Vorrichtungen 100 bis 300 angewendet werden können.
  • Die Vorrichtung 400 kann einen Verbindungshalbleiterchip 4, der an einem ersten Diepad 2A montiert sein kann, einen Steuerhalbleiterchip 6, der an einem zweiten Diepad 2B montiert sein kann, und mehrere Leads 2C enthalten. Die Vorrichtung 400 kann ferner elektrisch leitende Kopplungselemente enthalten, die zum elektrischen Koppeln von Komponenten der Vorrichtung 400 gestaltet sein können, wie in 4A und 4B dargestellt. Zum Beispiel können die Kopplungselemente Drähten und/oder Clips entsprechen. In dem Beispiel von 4A und 4B sind die Kopplungselemente durch durchgezogene Linien und längliche Rechtecke dargestellt. Die durchgezogenen Linien können z.B. Drähte darstellen und die länglichen Rechtecke können z.B. Drähte mit einem vergrößerten Durchmesser darstellen. Die Vorrichtung 400 kann ferner ein Einkapselungsmaterial 8 und eine Wärmesenke 16 enthalten. Die Wärmesenke 16 kann als Teil der Vorrichtung 400 angesehen werden oder nicht.
  • Die Diepads 2A, 2B und die mehreren Leads 2C können auf verschiedenen Stufen L1 bis L3 angeordnet sein, wie in Verbindung mit den vorangehenden Figuren beschrieben. In dem Beispiel von 4A und 4B können die mehreren Leads 2C auf der zweiten Stufe L2 und der dritten Stufe L3 angeordnet sein. In weiteren Beispielen können die mehreren Leads 2C ausschließlich auf der zweiten Stufe L2 angeordnet sein oder können ausschließlich auf der dritten Stufe L3 angeordnet sein. Zum Beispiel können die Diepads 2A, 2B und die mehreren Leads 2C Teil desselben Leadframe sein. In diesem Fall können die Diepads 2A, 2B und die Leads 2C gebildet werden, bevor oder nachdem das Leadframe in geeigneter Weise gebogen wird, so dass die Diepads und die Leads zu den entsprechenden Stufen L1 bis L3 bewegt werden. Die Stufe L1, die das erste Diepad 2A enthält, kann als Diepad-Stufe bezeichnet werden, die Stufe L2, die das zweite Diepad 2B und einen Teil der mehreren Leads 2C enthält, die an Drähte gebondet werden können, kann als Diepad- und Drahtbond-Stufe bezeichnet werden und die dritte Stufe L3, die einen Teil der mehreren Leads 2C enthält, die an Drähte gebondet werden können, kann als Drahtbond-Stufe bezeichnet werden.
  • Das erste Diepad 2A kann zumindest teilweise im Einkapselungsmaterial 8 eingebettet sein. In dem Beispiel von 4A und 4B kann das erste Diepad 2A an seiner unteren Oberfläche von Einkapselungsmaterial 8 freigelegt sein. Insbesondere können die freiliegende untere Oberfläche des ersten Diepads 2A und die untere Oberfläche des Einkapselungsmaterials 8 in einer Ebene liegen, d.h. die Oberflächen können in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Aufgrund der bündigen Anordnung der Oberflächen kann die untere Oberfläche des ersten Diepads 2A die Wärmesenke 16 kontaktieren, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene. In einem Beispiel kann das erste Diepad 2A in direktem Kontakt mit der Wärmesenke 16 sein. In einem weiteren Beispiel können zusätzliche Schichten wie z.B. eine Wärmeleitpaste, zwischen dem ersten Diepad 2A und der Wärmesenke 16 angeordnet werden. Ein Wärmeableitungsweg kann sich von einer elektronischen Komponente, die über dem ersten Diepad 2A angeordnet ist, zur Wärmesenke 16 in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Montagefläche des ersten Diepads 2A erstrecken. Das erste Diepad 2A kann eine vergrößerte Oberfläche zur Montage einer oder mehrerer elektronischer Komponenten, zum Beispiel eines Halbleiterchips enthalten. Zusätzlich kann das erste Diepad 2A einen länglichen Abschnitt enthalten, der die Form eines Lead oder Stifts aufweisen kann. Der Lead kann aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen, so dass eine elektrische Kopplung zwischen einer elektronischen Komponente, die am ersten Diepad 2A montiert ist, und einer externen Komponente errichtet werden kann.
  • Das zweite Diepad 2B kann zumindest teilweise im Einkapselungsmaterial 8 eingebettet sein. In einem Beispiel, kann jede Oberfläche des zweiten Diepads 2B vom Einkapselungsmaterial 8 bedeckt sein. Insbesondere kann die untere Oberfläche des zweiten Diepads 2B vom Einkapselungsmaterial 8 so bedeckt sein, dass das zweite Diepad 2B von der Wärmesenke 16 elektrisch isoliert werden kann, wodurch ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss verhindert wird. Das zweite Diepad 2B kann eine vergrößerte Oberfläche zur Montage einer oder mehrerer elektronischer Komponenten enthalten, zum Beispiel eines Halbleiterchips. Zusätzlich kann das zweite Diepad 2B einen länglichen Abschnitt enthalten, der die Form eines Lead oder Stifts aufweisen kann. Der Lead kann aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen, so dass eine elektrische Kopplung zwischen einer elektronischen Komponente, die am zweiten Diepad 2B montiert ist, und einer externen Komponente errichtet werden kann.
  • Die mehreren Leads 2C können mehrere Abschnitte enthalten, die auf zumindest einer der zweiten Stufe L2 und der dritten Stufe L3 montiert sind. Die mehreren Leads 2C können zumindest teilweise aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen, wodurch eine elektrische Kopplung zwischen elektronischen Komponenten, die im Einkapselungsmaterial 8 eingebettet sind, und externen Komponenten vorgesehen wird. In dem Beispiel von 4A und 4B können die mehreren Leads 2C einen ersten Abschnitt 2C' und einen zweiten Abschnitt 2C" enthalten.
  • Der erste Abschnitt 2C' kann z.B. auf der zweiten Stufe L2 angeordnet sein und kann einen vergrößerten Abschnitt enthalten, der zum Vorsehen eines zusätzlichen Raums zur Kopplung elektrisch leitender Kopplungselemente gestaltet ist. Zum Beispiel kann der vergrößerte Abschnitt zu Drahtbondingzwecken verwendet werden. Zusätzlich kann der erste Abschnitt 2C' zwei Leads enthalten, die aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen. In weiteren Beispielen kann die Anzahl von Leads des ersten Abschnitts 2C' abhängig von der in Erwägung gezogenen Anwendung erhöht oder verringert sein.
  • Der zweite Abschnitt 2C" kann auf der dritten Stufe L3 angeordnet sein und kann einen oder mehrere Leads oder Stifte enthalten, die aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen können, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Inneren und Äußeren des Einkapselungsmaterials 8 vorgesehen wird. In dem Beispiel von 4A und 4B kann der zweite Abschnitt 2C" vier Leads enthalten. In weiteren Beispielen kann die Anzahl von Leads des zweiten Abschnitts 2C" abhängig von der in Erwägung gezogenen Anwendung erhöht oder verringert werden. Die gewählte Anordnung des ersten Abschnitts 2C' und des zweiten Abschnitts 2C" kann zu verschiedenen Leadpitches der Vorrichtung 500 führen.
  • Die Leads des ersten Diepads 2A, die Leads des zweiten Diepads 2B und die mehreren Leads 2C können aus derselben Oberfläche des Einkapselungsmaterials 8 herausragen. Zusätzlich können die Leads parallel angeordnet sein, so dass die Vorrichtung 400 z.B. über einer Leiterplatte (PCB) angeordnet sein kann, wie z.B. in 6 dargestellt.
  • Der Verbindungshalbleiterchip 4 kann auf einem Verbindungshalbleitermaterial basieren, zum Beispiel Galliumnitrid. In dem Beispiel von 4A und 4B kann der Verbindungshalbleiterchip 4 einem Leistungs-HEMT-Chip entsprechen, der eine Drain-Elektrode 18A auf einer ersten Hauptfläche enthalten kann, die dem ersten Diepad 2A zugewandt ist, wie auch eine Source-Elektrode 18B und eine Gate-Elektrode 18C auf einer zweiten Oberfläche, die vom ersten Diepad 2A abgewandt ist. Der Verbindungshalbleiterchip 4 kann somit eine vertikale Struktur haben. Die Drain-Elektrode 18A kann mit dem ersten Diepad 2A elektrisch verbunden sein, so dass der Lead des ersten Diepads 2A, der aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragt, eine elektrische Verbindung zwischen der Drain-Elektrode 18A und externen Komponenten vorsehen kann. Die Source-Elektrode 18B kann mit dem ersten Abschnitt 2C' der mehreren Leads 2C elektrisch verbunden sein, so dass eine elektrische Verbindung zwischen der Source-Elektrode 18B und externen Komponenten aufgebaut werden kann.
  • In dem Beispiel von 4A und 4B kann der Steuerhalbleiterchip 6 z.B. einer Gate-Treiberschaltung entsprechen. Der Gate-Treiber 6 kann einen oder mehrere elektrische(n) Kontakt(e) enthalten, die über einer Hauptfläche angeordnet sind, die vom zweiten Diepad 2B weg weist. Einer oder mehrere der elektrischen Kontakte kann/können mit Gate-Elektrode 18C des Verbindungshalbleiterchips 4 zum Beispiel über einen Draht oder mehrere Drähte elektrisch verbunden sein. Zusätzlich kann/können einer oder mehrere der elektrischen Kontakte des Gate-Treibers 6 mit einem oder mehrere der Leads zumindest von einem des zweiten Diepads 2B und des zweiten Abschnitts 2C" der mehreren Leads 2C elektrisch verbunden sein. Auf diese Weise kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Gate-Treiber 6 und externen Komponenten, die außerhalb des Einkapselungsmaterials 8 angeordnet sind, errichtet werden. In einem Beispiel kann der Gate-Treiber 6 z.B. mit einem externen Pulsbreitenmodulator verbunden sein.
  • In einem Beispiel kann der Verbindungs-Leistungs-HEMT 4 und der Gate-Treiber 6 der Vorrichtung 400 einen Schalter einer Halbbrückenschaltung bilden, wie in 7 beschrieben ist. Es ist klar, dass die Vorrichtung 400 weitere elektronische Komponenten enthalten kann, die der Einfachheit wegen nicht dargestellt sind. In einem Beispiel kann die Vorrichtung 400 einen zusätzlichen Verbindungs-Leistungs-HEMT und einen zusätzlichen Gate-Treiber enthalten, die einen zweiten Schalter der Halbbrückenschaltung bilden können. Insbesondere können zusätzliche Komponenten auch zumindest teilweise vom Einkapselungsmaterial 8 bedeckt sein. Mit anderen Worten, die zusätzlichen Komponenten können Teil desselben Halbleitergehäuses sein.
  • 5A und 5B zeigen schematisch Ansichten einer Vorrichtung 500 gemäß der Offenbarung. Insbesondere zeigt 5A eine Draufsicht der Vorrichtung 500 und 5B zeigt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 500. Aufgrund der gewählten Perspektiven kann 5A Komponenten zeigen, die in 5B nicht dargestellt sind, und umgekehrt. Die Vorrichtung 500 kann als eine ausführlichere Ausführung der Vorrichtungen 100 bis 300 angesehen werden, so dass Einzelheiten der Vorrichtung 500 ebenso bei den Vorrichtungen 100 bis 300 angewendet werden können. Zusätzlich kann die Vorrichtung 500 zumindest teilweise der Vorrichtung 400 ähnlich sein.
  • Die Vorrichtungen 400 und 500 können einen identischen Schaltkreis darstellen. Im Gegensatz zur Vorrichtung 400 kann der Verbindungshalbleiterchip 4 der Vorrichtung 500 eine laterale Struktur haben, wobei die Drain-Elektrode 18A, die Source-Elektrode 18B und die Gate-Elektrode 18C an derselben Oberfläche angeordnet sein können, die vom ersten Diepad 2A weg weist. Zusätzlich kann die Source-Elektrode 18B des Leistungs-HEMT 4 elektrisch an das erste Diepad 2A gekoppelt sein und die Drain-Elektrode 18A des Leistungs-HEMT 4 kann elektrisch an einen ersten Abschnitt 2C' der mehreren Leads 2C gekoppelt sein. Ähnlich wie die Vorrichtung 400 können die gewählte Anordnungen des ersten Abschnitts 2C' und des zweiten Abschnitts 2C" zu verschiedenen Leadpitches der Vorrichtung 500 führen.
  • 6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 600 gemäß der Offenbarung. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 600 zumindest teilweise einer der zuvor beschriebenen Vorrichtungen gemäß der Offenbarung ähnlich sein. Die Vorrichtung 600 kann ein Halbleitergehäuse enthalten, das verschiedene elektronische Komponenten, zum Beispiel einen Verbindungshalbleiterchip und einen Steuerhalbleiterchip, wie zuvor beschrieben enthalten kann. In 6 sind die elektronischen Komponenten der Vorrichtung 600 von einem Einkapselungsmaterial 8 bedeckt und somit nicht sichtbar. Die elektronischen Komponenten können über einem Träger 2 angeordnet sein, der mehrere Trägerabschnitte enthalten kann. Der Träger 2 kann zumindest teilweise vom Einkapselungsmaterial 8 bedeckt sein. In dem Beispiel von 6 kann ein Teil des Trägers 2 aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen. Der herausragende Teil des Trägers 2 kann ein Loch 20 enthalten, das sich durch den Träger 2 erstrecken kann. In einem weiteren Beispiel kann der Teil des Trägers 2, der das Loch 20 enthält, ebenso von dem Einkapselungsmaterial 8 bedeckt sein, wobei das Loch 20 sich dann auch durch das Einkapselungsmaterial 8 erstrecken kann. Eine Wärmesenke 16 kann an der hinteren Oberfläche des Halbleitergehäuses, insbesondere an einer freiliegenden Oberfläche des Trägers 2, zum Beispiel durch eine Schraube (nicht dargestellt) befestigt sein. Die Wärmesenke 16 kann als ein Teil der Vorrichtung 600 gesehen werden oder nicht. Zusätzlich können mehrere Leads 2C aus dem Einkapselungsmaterial 8 herausragen. Die mehreren Leads 2C können auch Leads enthalten, die mit Diepads des Halbleitergehäuses verbunden sind. Die mehreren Leads 2C können so gestaltet sein, dass sie eine elektrische Verbindung zu internen Komponenten der Vorrichtung 600 vorsehen. Das Halbleitergehäuse kann an einer Leiterplatte (PCB) 22 montiert sein. Die PCB 22 kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleitergehäuse 600 und weiteren elektronischen Komponenten vorsehen, die ebenso an der PCB montiert sein können. Die PCB 22 kann als ein Teil der Vorrichtung 600 angesehen werden oder nicht.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbbrückenschaltung 700. Die Halbbrückenschaltung 700 kann zwischen Knoten N1 und N2 angeordnet sein. Die Halbbrückenschaltung 700 kann Schalter S1 und S2 enthalten, die in Reihe verbunden sind. Es können konstante elektrische Potentiale an die Knoten N1 und N2 angelegt werden. Zum Beispiel kann ein hohes Potential, wie 10, 12, 18, 50, 110, 230, 500 oder 1000 V oder jedes andere Potential an den Knoten N1 angelegt werden und ein niederes elektrisches Potential, zum Beispiel 0 V, kann an den Knoten N2 angelegt werden. Die Schalter S1 und S2 können bei Frequenzen im Bereich von 1 kHz bis 100 MHz geschaltet werden, aber die Schaltfrequenzen können auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Dies bedeutet, dass ein variierendes elektrisches Potential an einen Knoten N3, der zwischen dem Schalter S1 und S2 angeordnet ist, während eines Betriebs der Halbbrücke angelegt werden kann. Das Potential des Knotens N3 kann im Bereich zwischen dem niederen und dem hohen elektrischen Potential variieren.
  • Die Halbbrückenschaltung 700 kann z.B. in elektronischen Schaltungen zum Umwandeln von Gleichspannungen, sogenannten DC-DC Wandlern, ausgeführt werden. DC-DC-Wandler können zum Umwandeln einer Eingangsgleichspannung, die von einer Batterie oder einer wiederaufladbaren Batterie vorgesehen wird, in eine Ausgangsgleichspannung verwendet werden, die auf den Bedarf elektronischer Schaltungen abgestimmt ist, die stromabwärts angeschlossen sind. Die DC-DC-Wandler können als Abwärtswandler ausgeführt sein, in welchen die Ausgangsspannung geringer ist als die Eingangsspannung, oder als Aufwärtswandler, in welchen die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung ist. Frequenzen von mehreren MHz oder höher können an die DC-DC-Wandler angelegt werden. Ferner können Ströme bis zu 100 A oder sogar höher durch die DC-DC-Wandler fließen.
  • Die Vorrichtungen gemäß der Offenbarung können so gestaltet sein, dass sie als Halbbrückenschaltung oder zumindest als Teil davon arbeiten. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 400 von 4 so gestaltet sein, dass sie als Schalter einer Halbbrückenschaltung arbeitet. Auf gleiche Weise kann eine Vorrichtung gemäß der Offenbarung so gestaltet sein, dass sie als zumindest ein Teil einer anderen Brückenschaltung oder einer Kaskodenschaltung arbeitet.
  • Obwohl ein besonderes Merkmal oder ein besonderer Aspekt der Offenbarung in Bezug auf nur eine von mehreren Ausführungen offenbart sein kann, kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) oder Aspekt(en) der anderen Ausführungen nach Wunsch und in vorteilhafter Weise für jede gegebene oder besondere Anwendung kombiniert werden. Ferner sollen insofern, als die Begriffe „enthalten“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Begriffe in einer Weise ähnlich dem Begriff „aufweisen“ einschließlich sein. Ebenso soll der Begriff „beispielhaft“ nur ein Beispiel bedeuten und nicht das beste oder optimale. Es ist auch offensichtlich, dass hier dargestellte Merkmale und/oder Elemente mit besonderen Dimensionen relativ zueinander der Einfachheit und Klarheit wegen dargestellt sind und dass tatsächliche Dimensionen von den hierin dargestellten deutlich abweichen können.

Claims (18)

  1. Vorrichtung, umfassend: einen Träger (2), der einen ersten Trägerabschnitt (2A) auf einer ersten Stufe (L1) und einen zweiten Trägerabschnitt (2B) auf einer zweiten Stufe (L2), die sich von der ersten Stufe (L1) unterscheidet, umfasst; einen Verbindungshalbleiterchip (4), der über dem ersten Trägerabschnitt (2A) angeordnet ist; einen Steuerhalbleiterchip (6), der über dem zweiten Trägerabschnitt (2B) angeordnet und zur Steuerung des Verbindungshalbleiterchips (4) ausgelegt ist; ein Einkapselungsmaterial (8), das den Verbindungshalbleiterchip (4) und den Steuerhalbleiterchip (6) bedeckt; und mehrere Leads (2C), die auf der zweiten Stufe (L2) und einer dritten Stufe (L3), die sich von der ersten Stufe (L1) und der zweiten Stufe (L2) unterscheidet, aus einer gemeinsamen Oberfläche des Einkapselungsmaterials (8) ragen, wobei die aus dem Einkapselungsmaterial (8) ragenden Abschnitte der mehreren Leads (2C) vollständig parallel zu einer Montagefläche des ersten Trägerabschnitts (2A) verlaufen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbindungshalbleiterchip (4) über einer ersten Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) angeordnet ist und eine zweite Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) gegenüber der ersten Oberfläche vom Einkapselungsmaterial (8) freigelegt ist, und wobei der Steuerhalbleiterchip (6) über einer ersten Oberfläche des zweiten Trägerabschnitts (2B) angeordnet ist und eine zweite Oberfläche des zweiten Trägerabschnitts (2B) gegenüber der ersten Oberfläche vom Einkapselungsmaterial (8) bedeckt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) dazu ausgelegt ist, dass sie an eine Wärmesenke (16) gekoppelt ist, und ein Wärmeableitungsweg sich vom Verbindungshalbleiterchip (4) zur Wärmesenke (16) in eine Richtung senkrecht zur zweiten Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) erstreckt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Oberfläche des Einkapselungsmaterials (8) und die zweite Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) bündig sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbindungshalbleiterchip (4) einen ersten elektrischen Kontakt an einer Oberfläche umfasst, die vom ersten Trägerabschnitt (2A) weg weist, und der Steuerhalbleiterchip (6) einen zweiten elektrischen Kontakt an einer Oberfläche umfasst, die vom zweiten Trägerabschnitt (2B) weg weist, und der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt durch ein elektrisch leitendes Kopplungselement elektrisch gekoppelt sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Halbleiterchip, der über den mehreren Leads angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Trägerabschnitt (2A) einen ersten Lead umfasst, der aus dem Einkapselungsmaterial (8) ragt, und der zweite Trägerabschnitt (2B) einen zweiten Lead umfasst, der aus dem Einkapselungsmaterial (8) ragt, und wobei der erste Lead, der zweite Lead und die mehreren Leads zumindest zwei verschiedene Leadpitches umfassend.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergenden Ansprüche, wobei der Steuerhalbleiterchip (6) an die mehreren Leads elektrisch gekoppelt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergenden Ansprüche, wobei die mehreren Leads aus einer Oberfläche des Einkapselungsmaterials (8) ragen, wobei die Oberfläche senkrecht zu einer Montagefläche des ersten Trägerabschnitts (2A) liegt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergenden Ansprüche, wobei die Leads der mehreren Leads parallel zueinander sind und sich in eine Richtung senkrecht zu einem Wärmeableitungsweg erstrecken, der sich vom Verbindungshalbleiterchip (4) zu einer Wärmesenke (16) erstreckt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergenden Ansprüche, wobei der erste Trägerabschnitt (2A), der zweite Trägerabschnitt (2B) und die mehreren Leads (2C) Teil desselben Leadframe sind.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergenden Ansprüche, wobei der Verbindungshalbleiterchip (4) einen Leistungs-HEMT umfasst, und eine Drain-Elektrode des Leistungs-HEMT elektrisch an den ersten Trägerabschnitt (2A) gekoppelt ist und eine Source-Elektrode des Leistungs-HEMT elektrisch an die mehreren Leads (2C) gekoppelt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der ersten Stufe (L1) und der zweiten Stufe (L2) in einem Bereich zwischen 0,5 Millimeter und 5,0 Millimeter liegt.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Träger (2) ein Loch (20) umfasst, das sich durch den Träger (2) erstreckt.
  15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbindungshalbleiterchip (4) einen Leistungs-HEMT umfasst und der Steuerhalbleiterchip (6) eine Gate-Treiberschaltung umfasst, die zum Treiben einer Gate-Elektrode des Leistungs-HEMT ausgelegt ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbindungshalbleiterchip (4) einen auf GaN basierenden Leistungs-HEMT umfasst.
  17. Vorrichtung, umfassend: einen Träger (2), umfassend einen ersten Trägerabschnitt (2A) auf einer ersten Stufe (L1) und einen zweiten Trägerabschnitt (2B) auf einer zweiten Stufe (L2), die sich von der ersten Stufe (L1) unterscheidet; einen Verbindungshalbleiterchip (4), der über einer ersten Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) angeordnet ist; einen Steuerhalbleiterchip (6), der über dem zweiten Trägerabschnitt (2B) angeordnet und zum Steuern des Verbindungshalbleiterchips (4) ausgelegt ist; ein Einkapselungsmaterial (8), das den Verbindungshalbleiterchip (4) und den Steuerhalbleiterchip (6) bedeckt, wobei eine zweite Oberfläche des ersten Trägerabschnitts (2A) gegenüber der ersten Oberfläche vom Einkapselungsmaterial (8) freigelegt ist; und mehrere Leads (2C), die elektrisch an zumindest einen von dem Steuerhalbleiterchip (6) und dem Verbindungshalbleiterchip (4) gekoppelt sind, wobei die mehreren Leads (2C) auf der zweiten Stufe (L2) und einer dritten Stufe (L3), die sich von der ersten Stufe (L1) und der zweiten Stufe (L2) unterscheidet, aus einer gemeinsamen Oberfläche des Einkapselungsmaterials (8) ragen, wobei die aus dem Einkapselungsmaterial (8) ragenden Abschnitte der mehreren Leads (2C) vollständig parallel zu einer Montagefläche des ersten Trägerabschnitts (2A) verlaufen.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Verbindungshalbleiterchip (4) einen ersten elektrischen Kontakt auf einer Oberfläche umfasst, die vom ersten Trägerabschnitt (2A) weg weist, und der Steuerhalbleiterchip (6) einen zweiten elektrischen Kontakt auf einer Oberfläche umfasst, die vom zweiten Trägerabschnitt (2B) weg weist, und der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt elektrisch durch zumindest eines von einem Clip und einem Draht gekoppelt sind.
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