DE102015121529A1 - Integrierte Leistungsanordnung mit gestapelten, einzeln gehäusten Leistungsbauelementen - Google Patents

Integrierte Leistungsanordnung mit gestapelten, einzeln gehäusten Leistungsbauelementen Download PDF

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Abstract

Es wird eine integrierte Leistungsanordnung offenbart. Die integrierte Leistungsanordnung enthält einen teilweise geätzte Segmente aufweisenden ersten Leadframe, einen ersten Halbleiterchip, der zur Anbringung an einem teilweise geätzten Segment des ersten Leadframes ausgebildet ist, einen zweiten Leadframe, der einen beinlosen leitenden Clip aufweist, der mit einer oberen Oberfläche des ersten Halbleiterchips gekoppelt ist. Die integrierte Leistungsanordnung enthält außerdem einen dritten Leadframe über dem zweiten Leadframe und weist ein teilweise geätztes Segment auf, einen zweiten Halbleiterchip, der zur Anbringung an dem teilweise geätzten Segment des dritten Leadframes ausgebildet ist, wobei der zweite Halbleiterchip über das teilweise geätzte Segment des dritten Leadframes mit dem ersten Halbleiterchip gekoppelt ist, und wobei das teilweise geätzte Segment des dritten Leadframes auf dem beinlosen leitenden Clip des zweiten Leadframes angeordnet ist.

Description

  • Um den Formfaktor, die elektrische und thermische Performance sowie die Herstellungskosten von Leistungswandlern zu verbessern, ist es oftmals wünschenswert, Bauelemente einer Leistungswandlerschaltung in ein Leistungshalbleitergehäuse zu integrieren. Die heutige Bauweise von Leistungswandlersystemen verlangt Vielseitigkeit und Anpassbarkeit bei der Häusung (engl.: „packaging“) von verschiedenen Arten von Leistungstransistoren in einer Vielzahl von Konfigurationen wie beispielsweise einer Halbbrücke oder einem kaskodierten Schalter.
  • Bei einer herkömmlichen Leistungshalbleiterpackung sind einzelne Halbleiterchips nebeneinander angeordnet und über ihre jeweiligen leitenden Clips mit einer gemeinsamen Trägeroberfläche wie beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (PCB) gekoppelt. Allerdings kann das Routing zwischen den Halbleiterchips durch die leitenden Clips und die PCB den elektrischen Widerstand in unerwünschter Weise erhöhen. Auch erfordert der Formfaktor der seitlich angeordneten, einzelnen Halbleiterchips die Bereithaltung einer signifikanten Fläche auf der PCB. Darüber hinaus erzeugen Leistungsbauelemente während des Betriebs oftmals eine signifikante Wärme, was dazu führen kann, dass ihre Temperatur auf außerhalb des geeigneten Temperaturbereichs ansteigt, wenn die Wärme nicht ausreichend von den Leistungsbauelementen dissipiert wird.
  • Daher besteht in der Technik ein Bedarf, eine integrierte Leistungsanordnung bereitzustellen, die einzeln gepackte Leistungsbauelemente aufweist, um die Auswahl und Vielfalt von Leistungsbauelementen bei der Verpackung von Leistungsbauelementen zu erhöhen und gleichzeitig die thermische und elektrische Performance und den Formfaktor zu erhalten oder zu verbessern.
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf eine integrierte Leistungsanordnung mit gestapelten, einzeln gepackten Leistungsbauelementen gerichtet, wie sie im Wesentlichen in Verbindung mit zumindest einer der Figuren gezeigt und/oder im Zusammenhang mit diesen beschrieben sind, und wie sie in den Ansprüchen dargelegt ist.
  • 1A veranschaulicht ein beispielhaftes Schaltbild eines Leistungswandlers gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 1B veranschaulicht ein beispielhaftes Schaltbild eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 2A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung einer Leistungsschaltstufe gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 2B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung einer Leistungsschaltstufe gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 2C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung einer Leistungsschaltstufe gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 3 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines 3-Phasen-Inverters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 4A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 4B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • 4C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung.
  • Die folgende Beschreibung enthält konkrete Informationen betreffend Implementierungen in der vorliegenden Offenbarung. Die Zeichnungen in der vorliegenden Anmeldung und deren damit verbundene, ausführliche Beschreibung sind lediglich auf exemplarische Implementierungen gerichtet. Sofern nicht anders vermerkt, können gleiche oder entsprechende Elemente der Figuren durch gleiche oder entsprechende Bezugszeichen angegeben werden. Darüber hinaus sind die Zeichnungen und Darstellungen in der vorliegenden Anmeldung im Allgemeinen nicht maßstäblich, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie tatsächlichen relativen Abmessungen entsprechen.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 1A veranschaulicht 1A ein Schaltbild einer beispielhaften Leistungswandlerschaltung gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 1A gezeigt, enthält die Leistungswandlerschaltung 100 eine integrierte Treiberschaltung (IC) 110, und eine Leistungsschaltstufe 102, die einen High-Side-Schalter 120 und einen Low-Side-Schalter 130 aufweist. Das Treiber-IC 110 ist dazu ausgebildet, ein High-Side-Treibersignal HO und ein Low-Side-Treibersignal LO bereitzustellen, bei denen es sich um Gatetreibersignale handelt, um den High-Side-Schalter 120 bzw. den Low-Side-Schalter 130 der Leistungsschaltstufe 102 anzusteuern. Bei der Leistungsschaltstufe 102 sind der High-Side-Schalter 120 und der Low-Side-Schalter 130 zwischen ein positives Eingangsterminal VIN(+) und ein negatives Eingangsterminal VIN(–) gekoppelt, und ein geschalteter Knoten 140 als Ausgangsknoten befindet sich zwischen dem High-Side-Schalter 120 und dem Low-Side-Schalter 130.
  • Wie in 1A veranschaulicht ist, enthält der High-Side-Schalter 120 (z.B. Q1) einen Steuertransistor, der Drain 122 (z.B. D1), Source 124 (z.B. S1) und Gate 126 (z.B. G1) aufweist. Der Low-Side-Schalter 130 (z.B. Q2) enthält einen synchronen (nachfolgend "sync") Transistor, der Drain 132 (z.B. D2), Source 134 (z.B. S2), und Gate 136 (z.B. G2) aufweist. Drain 122 des High-Side-Schalters 120 ist mit einem positiven Eingangsterminal VIN(+) gekoppelt, während Source 124 des High-Side-Schalters 120 mit einem geschalteten Knoten 140 gekoppelt ist. Gate 126 des High-Side-Schalters 120 ist mit dem Treiber-IC 110 gekoppelt, das das Gate 126 mit einem High-Side-Treibersignal HO versorgt. Wie in 1A dargestellt ist, ist Drain 132 des Low-Side-Schalters 130 mit dem geschalteten Knoten 140 gekoppelt, während Source 134 des Low-Side-Schalters 130 mit dem negativen Eingangsterminal VIN(–) gekoppelt ist. Gate 136 des Low-Side-Schalters 130 ist mit dem Treiber-IC 110 gekoppelt, das das Gate 136 mit einem Low-Side-Treibersignal LO zur versorgt.
  • Bei einer Implementierung enthält von dem High-Side-Schalter 120 und dem Low-Side-Schalter 130 zumindest einer ein Halbleiterbauelement der Gruppe IV wie beispielsweise einen Silizium-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Gemäß einer anderen Implementierung enthält von dem High-Side-Schalter 120 und dem Low-Side-Schalter 130 zumindest einer ein Halbleiterbauelement der Gruppe III-V wie beispielsweise einen Galliumnitrid-(GaN)-High-Electron Mobility-Transistor (HEMT). Gemäß anderen Implementierungen können der High-Side-Schalter 120 und der Low-Side-Schalter 130 andere geeignete Halbleiterbauelemente wie beispielsweise bipolare Transistoren (engl.: "Bipolar Junction Transistors"; BJTs) und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (engl.: "Insulated Gate Bipolar Transistors"; IGBTs) enthalten.
  • Gemäß einer Implementierung kann von dem High-Side-Schalter 120 und dem Low-Side-Schalter 130 (auch als Leistungsschalter 120 bzw. Leistungsschalter 130 bezeichnet) ein jeder ein Halbleiterbauelement der Gruppe III-V (z.B. einen III-Nitrid-Transistor) und ein Halbleiterbauelement der Gruppe IV (z.B. einen Siliziumtransistor) enthalten. Indem zumindest ein III-Nitrid-Transistor in der Leistungsschaltstufe 102 enthalten ist, kann die Leistungswandlerschaltung 100 die von III-Nitrid-Materialien ermöglichten hohen Durchbruchsfeldern, hohen Sättigungsgeschwindigkeiten und zweidimensionalen Elektronengase (2DEGs) ausnutzen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass der zumindest eine III-Nitrid-Transistor in der Leistungswandlerschaltung 100 als Bauelement vom Anreicherungstyp arbeitet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der zumindest eine III-Nitrid-Transistor wie beispielsweise ein GaN-Transistor vom Verarmungstyp in Kaskode mit einem Transistor der Gruppe IV gekoppelt wird, um einen Komposit-Schalter vom Anreicherungstyp wie beispielsweise den Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp gemäß 1B zu erzeugen.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 1B veranschaulicht 1B ein beispielhaftes Schaltbild eines Komposit-Schalters, der gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung einen Transistor der Gruppe III-V in Kaskode mit einem Transistor der Gruppe IV aufweist. Der Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp enthält Komposit-Source S1, Komposit-Gate G1 und Komposit-Drain D1. Der Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp kann von dem High-Side-Schalter 120 und dem Low-Side-Schalter 130 in 1A zumindest einem entsprechen. Beispielsweise kann bei der Leistungswandlerschaltung 100 in 1A, während ein Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp als High-Side-Schalter 120 verwendet werden kann, ein weiterer Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp als Low-Side-Schalter 130 verwendet werden. Somit können Komposit-Source S1, Komposit-Gate G1 und Komposit-Drain D1 des Komposit-Schalters 142 vom Anreicherungstyp Source 124 (z.B. S1), Gate 126 (z.B. G1) bzw. Drain 122 (z.B. D1) des High-Side-Schalters 120 entsprechen. Komposit-Source S1, Komposit-Gate G1 und Komposit-Drain D1 des Komposit-Schalters 142 vom Anreicherungstyp können auch Source 134 (z.B. S2), Gate 136 (z.B. G2) bzw. Drain 132 (z.B. D2) des Low-Side-Schalters 130 entsprechen.
  • Wie in 1B dargestellt ist, enthält der Komposit-Schalter vom Anreicherungstyp einen Transistor 160 der Gruppe III-V in Kaskode mit einem Transistor 170 der Gruppe IV. Beispielsweise kann es sich bei dem Transistor 160 der Gruppe III-V um einen Feldeffekttransistor mit Hetero-Übergang (engl.: "heterojunction field-effect transistor"; HFET") wie beispielsweise einen GaN-HEMT handeln. Bei der vorliegenden Implementierung handelt es sich bei dem Transistor 160 der Gruppe III-V um einen Transistor vom Verarmungstyp wie beispielsweise einem GaN-Transistor vom Verarmungstyp. Bei dem Transistor 170 der Gruppe IV kann es sich um ein Silizium-basiertes Leistungshalbleiterbauelement wie beispielsweise einen Silizium-Leistungs-MOSFET handeln. Bei der vorliegenden Implementierung ist der Transistor 170 der Gruppe IV ein Transistor vom Anreicherungstyp wie beispielsweise ein Silizium-Transistor vom Anreicherungstyp.
  • Wie in 1B dargestellt ist, weist der Transistor 160 (z.B. Q3) der Gruppe III-V Drain 162 (z.B. D3), Source 164 (z.B. S3) und Gate 166 (z.B. G3) auf. Der Transistor 170 (z.B. Q4) der Gruppe IV weist Drain 172 (z.B. D4), Source 174 (z.B. S4) und Gate 176 (z.B. G4) auf. Drain 162 des Transistors 160 der Gruppe III-V ist mit Komposit-Drain D1 gekoppelt, während Source 164 des Transistors 160 der Gruppe III-V mit einem geschalteten Knoten 180 gekoppelt ist. Gate 166 des Transistors 160 der Gruppe III-V ist mit Source 174 des Transistors 170 der Gruppe IV gekoppelt. Wie in 1B dargestellt ist, ist Drain 172 des Transistors 170 der Gruppe IV mit dem geschalteten Knoten 180 gekoppelt, während Source 174 des Transistors 170 der Gruppe IV mit Komposit-Source S1 gekoppelt ist. Gate 176 des Transistors 170 der Gruppe IV ist mit Komposit-Gate G1 gekoppelt.
  • Bei dem Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp ist Drain 172 des Transistors 170 der Gruppe IV mit Source 164 des Transistors der Gruppe III-V verbunden, so dass sich beide Bauelemente in einem Rückwärtsspannungszustand (engl.: „reverse voltage condition“) im Sperrzustand befinden. So, wie sie konfiguriert sind, kann es sich bei dem Transistor 170 der Gruppe IV um ein Niederspannungsbauelement handeln, während es sich bei dem Transistor 160 der Gruppe III-V um ein Hochspannungsbauelement handeln kann. Bei dem Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp ist Gate 166 des Transistors 160 der Gruppe III-V mit Source 174 des Transistors 170 der Gruppe IV verbunden. Somit kann der Transistor 160 der Gruppe III-V bei fehlender Vorspannung (engl.: "bias voltage") am Gate 176 des Transistors 170 der Gruppe IV abgeschaltet sein, so dass es sich bei dem Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp um ein im Normalzustand ausgeschaltetes Bauelement handelt.
  • Gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung können der Transistor 160 der Gruppe III-V und der Transistor 170 der Gruppe IV gemeinsam auf einer gedruckten Leiterplatte (engl.: "printed circuit board"; PCB) in einer integrierten Leistungsanordnung gekoppelt sein. Gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung befindet sich der Transistor 170 der Gruppe IV auf einem Halbleiterchip der Gruppe IV, der auf einer PCB angeordnet ist, und der Transistor 160 der Gruppe III-V befindet sich auf einem Halbleiterchip der Gruppe III-V, der über dem Halbleiterchip der Gruppe IV angeordnet ist. Der Transistor 160 der Gruppe III-V kann mit dem Transistor 170 der Gruppe IV in einer integrierten Leistungsanordnung gekoppelt sein, was für einen verringerten Formfaktor und eine verbesserte thermische Dissipation sorgen kann.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 2A veranschaulicht 2A eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung einer Leistungsschaltstufe gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 2A gezeigt ist, enthält eine Halbleiterpackung 221 einen Halbleiterchip 204 mit einem Leistungsschalter 220, einen Leadframe 254, der nicht-geätzte Segmente 254a und 254d aufweist, sowie teilweise geätzte Segmente 254b und 254c, und einen Leadframe 256, der einen teilweise geätzten, leitenden Clip 256a und einen beinlosen leitenden Clip 256b aufweist. Außerdem enthält die Halbleiterpackung 221 eine Mold-Zusammensetzung 292a, die den Leadframe 254, den Halbleiterchip 204 und den Leadframe 256 im Wesentlichen bedeckt.
  • Wie in 2A gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 204 einen Leistungsschalter 220. Gemäß einer Implementierung kann der Leistungsschalter 220 dem High-Side-Schalter 120 der Leistungswandlerschaltung 100 gemäß 1A entsprechen. Der Leistungsschalter 220 enthält einen Steuertransistor, der eine Leistungselektrode 222 (z.B. Drainelektrode) aufweist, die sich auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips 204 befindet, sowie eine Leistungselektrode 224 (z.B. eine Sourceelektrode) und eine Steuerelektrode 226 (z.B. eine Gateelektrode), die sich auf einer unteren Oberfläche des Halbleiterchips 204 befinden. Von den Leistungselektroden 222 und 224 und der Steuerelektrode 226 des Leistungsschalters 220 kann jede ein lötbares Frontmetall, wie beispielsweise Titan, Kupfer, Nickel oder Silber aufweisen. Die Leistungselektrode 222 (z.B. eine Drainelektrode) ist elektrisch und mechanisch mit dem beinlosen, leitenden Clip 256b des Leadframes 256 gekoppelt, der wiederum elektrisch und mechanisch mit dem nicht-geätzten Segment 254d des Leadframes 254 gekoppelt ist. Die Steuerelektrode 226 (z.B. eine Gateelektrode) und die Leistungselektrode 224 (z.B. eine Sourceelektrode) des Leistungsschalters 220 sind elektrisch und mechanisch mit teilweise geätzten Segmenten 254b bzw. 254c des Leadframes 254 gekoppelt.
  • Wie in 2A dargestellt ist, bedeckt die Mold-Zusammensetzung 292a im Wesentlichen den Halbleiterchip 204, der den Leistungsschalter 220 aufweist, den Leadframe 254, der die nicht-geätzten Segmente 254a und 254d und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c aufweist, und den Leadframe 256, der den teilweise geätzten leitenden Clip 256a und den beinlosen leitenden Clip 256b aufweist. Wie in 2A gezeigt ist, sind die oberen Oberflächen des teilweise geätzten leitenden Clips 256a und des beinlosen leitenden Clips 256b und die unteren Oberflächen der nicht-geätzten Segmente 254a und 254d und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c der Halbleiterpackung 221 nicht von der Mold-Zusammensetzung 292a bedeckt. Somit kann die Halbleiterpackung 221 beispielsweise oben und unten an anderen Halbleiterpackungen angebracht werden, die Halbleiterbauelemente aufweisen, um Leistungswandlerschaltungen oder kaskodierte Schalter zu bilden.
  • Wie in 2A dargestellt ist, enthält der Leadframe 256 einen teilweise geätzten leitenden Clip 256a und einen beinlosen leitenden Clip 256b. Der teilweise geätzte leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b besitzen eine im Wesentlichen koplanare Oberfläche. Wie in 2A dargestellt ist, weist der teilweise geätzte leitende Clip 256a einen nicht-geätzten Teil und einen teilweise geätzten Teil auf, wobei der nicht-geätzte Teil eine vollständige Dicke des Leadframes 256 behält, und der teilweise geätzte Teil eine Dicke besitzt, die einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 256 ausmacht. Der teilweise geätzte leitende Clip 256a ist beispielsweise dazu ausgebildet, für den Halbleiterchip 204 einen Abstand bereitzustellen, so dass der Leistungsschalter 220 auf dem Halbleiterchip 204 nicht elektrisch mit irgendeinem an der Halbleiterpackung 221 anzubringenden Bauelement kurzgeschlossen wird. Der beinlose leitende Clip 256b ist elektrisch und mechanisch mit der Leistungselektrode 222 des Leistungsschalters 220 gekoppelt. Der beinlose leitende Clip 256b ist physikalisch von dem teilweise geätzten leitenden Clip 256a getrennt und besitzt einen im Wesentlichen flachen Körper, der eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke aufweist, welche die vollständige Dicke des Leadframes 256 ist.
  • Bei der vorliegenden Implementierung sind der teilweise leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b aus demselben Material hergestellt und sie besitzen eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung. Bei einer anderen Implementierung können der teilweise geätzte leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b aus verschiedenen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung enthalten der teilweise geätzte leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b des Leadframes 256 Kupfer. Bei anderen Implementierungen können der teilweise geätzte leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b andere geeignete leitende Materialien wie beispielsweise Aluminium oder Wolfram enthalten.
  • Wie in 2A gezeigt ist, enthält der Leadframe 254 nicht-geätzte Segmente 254a und 254d, sowie teilweise geätzte Segmente 254b und 254c. Bei den nicht-geätzten Segmenten 254a und 254d und den teilweise geätzten Segmenten 254b und 254c handelt es sich um verschiedene Teile des Leadframes 254, wobei die nicht-geätzten Segmente 254a und 254d eine vollständige Dicke des Leadframes 254 behalten, und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c geätzt sind und deshalb einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 254 aufweisen (z.B. eine Hälfte oder ein Viertel der Dicke des nicht-geätzten Segments 254a). Die nicht-geätzten Segmente 254a und 254d und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c sind physikalisch voneinander getrennt. Bei der vorliegenden Implementierung sind die nicht-geätzten Segmente 254a und 254b und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c aus demselben Material hergestellt, und sie besitzen eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung. Bei anderen Implementierungen können die nicht-geätzten Segmente 254a und 254d und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c aus verschiedenen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung können die nicht-geätzten Segmente 254a und 254d und die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c des Leiterrahmens 254 ein Metall wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Wolfram, eine Metalllegierung, ein Tri-Metall oder ein anderes leitenden Material enthalten. Bei der vorliegenden Implementierung besitzen die geätzten Segmente 254b und 254c eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke, die ein Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 254 ist. Gemäß einer anderen Implementierung können die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c unterschiedliche Dicken aufweisen.
  • Wie in 2A dargestellt ist, kann, da der Halbleiterchip 204 auf teilweise geätzten Segmenten und nicht auf nicht-geätzten Segmenten des Leadframes 254 angeordnet ist, die Gesamthöhe des Halbleiterchips 204 in der Halbleiterpackung 221 verringert werden, so dass der bei herkömmlichen leitenden Clips eingesetzte Beinabschnitt weggelassen werden kann. Bei der vorliegenden Implementierung besitzt der beinlose leitende Clip 256b einen im Wesentlichen flachen Körper ohne einen Beinabschnitt. Im Unterschied zu herkömmlichen Leistungshalbleiterpackungen, die Halbleiterchips aufweisen, die an nicht-geätzten Leitersegmenten und leitenden Clips mit Beinabschnitten angebracht sind, verwenden die Implementierungen der vorliegenden Anmeldung teilweise geätzte Segmente 254b und 254c des Leadframes 254, um zu ermöglichen, dass der Halbleiterchip 204 mit einer verringerten Gesamthöhe in der Halbleiterpackung 221 positioniert werden kann, was wiederum den Formfaktor der Halbleiterpackung 221 verringert. Gemäß einer Implementierung, kann der Halbleiterchip 204 eine Dicke von 70 μm (d.h. 70·10–6 Meter) oder weniger aufweisen, und die Halbleiterpackung 221 kann eine Gesamthöhe von 0,4 mm (d.h. 0,4·10–3 Meter) oder weniger aufweisen.
  • Zusätzlich kann durch den Einsatz des beinlosen Clips 256 und des zur Anbringung an teilweise geätzten Segmenten 254b und 254c ausgebildeten Halbleiterchips 204 die Dicke des beinlosen leitenden Clips 256b angepasst sein, so dass die Hochstrom- und -spannungshandhabbarkeit verbessert wird, um den Anforderungen einer speziellen Implementierung zu genügen, ohne die Gesamthöhe der Halbleiterpackung 221 signifikant zu beeinträchtigen.
  • Zusätzlich ist die Halbleiterpackung 221, weil der Leadframe 256 an seiner oberen Oberfläche frei liegt und der Leadframe 254 an seiner unteren Oberfläche frei liegt, in hohem Maß adaptierbar, so dass sie an ihren oberen und/oder unteren Oberflächen direkt an anderen Halbleiterpackungen angebracht werden kann, um vielfältige Konfigurationen zu bilden.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 2B zeigt 2B eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften Leistungsanordnung einer Leistungsschaltstufe gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 2B gezeigt ist, enthält die Halbleiterpackung 231 einen Halbleiterchip 206, der einen Leistungsschalter 230 aufweist, einen Leadframe 250, der nicht-geätzte Segmente 250a, 250d und 250e aufweist, sowie teilweise geätzte Segmente 250b und 250c, und einen Leadframe 252, der einen teilweise geätzten leitenden Clip 252a aufweist, einen beinlosen leitenden Clip 252b, und ein nicht-geätztes Segment 252c. Außerdem enthält die Halbleiterpackung 231 eine Mold-Zusammensetzung 292b, die den Leadframe 250, den Halbleiterchip 206 und den Leadframe 252 im Wesentlichen bedeckt.
  • Wie in 2B gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 206 einen Leistungsschalter 230. Bei einer Implementierung kann der Leistungsschalter 230 dem Low-Side-Schalter 130 in der Leistungswandlerschaltung 100 gemäß 1A entsprechen. Der Leistungsschalter 230 enthält einen synchronen Transistor, der eine Leistungselektrode 232 (z.B. Drainelektrode) aufweist, die auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips 206 angeordnet ist, und eine Leistungselektrode 234 (z.B. Sourceelektrode) und eine Steuerelektrode 236 (z.B. Gateelektrode), die auf einer unteren Oberfläche des Halbleiterchip 206 angeordnet sind. Von den Leistungselektroden 232 und 234 und der Steuerelektrode 236 des Leistungsschalters 230 kann eine jede ein lötbares Frontmetall wie beispielsweise Titan, Kupfer, Nickel oder Silber enthalten. Die Leistungselektrode 232 (z.B. Drainelektrode) ist elektrisch und mechanisch mit einem beinlosen Clip 252b des Leadframes 252 gekoppelt, der wiederum elektrisch und mechanisch mit einem nicht-geätzten Segment 250d des Leadframes 250 gekoppelt ist. Die Steuerelektrode 236 (z.B. Gateelektrode) und die Leistungselektrode 234 (z.B. Sourceelektrode) des Leistungsschalters 230 sind elektrisch und mechanisch mit teilweise geätzten Segmenten 250b bzw. 250c des Leadframes 250 gekoppelt.
  • Wie in 2B gezeigt ist, bedeckt eine Mold-Zusammensetzung 292b den den Leistungsschalter 230 aufweisenden Halbleiterchip 206, den die nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e und die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c aufweisenden Leadframe 250, und den den teilweise geätzten leitenden Clip 252a, den beinlosen leitenden Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c aufweisenden Leadframe 252. Wie in 2B gezeigt ist, sind die oberen Oberflächen des teilweise geätzten leitenden Clips 252a, des beinlosen leitenden Clips 252b und des nicht-geätzten Segments 252c sowie die unteren Oberflächen der nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e und die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c der Halbleiterpackung 231 nicht von der Mold-Zusammensetzung 292b bedeckt. Daher kann die Halbleiterpackung 231 beispielsweise oben und unten an anderen Halbleiterpackungen, die Halbleiterbauelemente aufweisen, angebracht werden, um Leistungswandlerschaltungen oder kaskodierte Schalter zu bilden.
  • Wie in 2B gezeigt ist, enthält der Leadframe 252 den teilweise geätzten leitenden Clip 252a, den beinlosen leitenden Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c. Der teilweise geätzte leitende Clip 252a, der beinlose leitende Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c besitzen eine im Wesentlichen co-planare obere Oberfläche. Wie in 2B gezeigt ist, besitzt der teilweise geätzte leitende Clip 252a einen nicht-geätzten Teil und einen teilweise geätzten Teil, wobei der nicht-geätzte Teil eine vollständige Dicke des Leadframes 252 behält, und der teilweise geätzte Teil eine Dicke besitzt, die ein Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 252 ist.
  • Der teilweise geätzte leitende Clip 252a ist beispielsweise dazu ausgebildet, einen Abstand für den Halbleiterchip 206 bereitzustellen, so dass der Leistungsschalter 230 auf dem Halbleiterchip 206 nichtdurch irgendein an der Halbleiterpackung 231 anzubringendes Bauelement, elektrisch kurzgeschlossen wird. Der beinlose leitende Clip 252b ist elektrisch und mechanisch mit der Leistungselektrode 232 des Leistungsschalters 230 gekoppelt. Der beinlose Clip 252b ist elektrisch und mechanisch mit der Leistungselektrode 232 des Leistungsschalters 230 gekoppelt. Der beinlose leitende Clip 252b ist physikalisch von dem teilweise geätzten leitenden Clip 252a und dem nicht-geätzten Segment 252c trennt und besitzt einen im Wesentlichen flachen Körper, der eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweist, welche die vollständige Dicke des Leadframes 252 ist.
  • Bei vorliegenden Implementierung sind der teilweise geätzte leitende Clip 252a, der beinlose leitende Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c aus demselben Material hergestellt und sie besitzen eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung. Bei einer anderen Implementierung können der teilweise geätzte leitende Clip 252a, der beinlose leitende Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung enthalten der teilweise geätzte leitende Clip 252a, der beinlose leitende Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c des Leadframes 252 Kupfer. Bei anderen Implementierungen können der geätzte leitende Clip 252a, der beinlose leitende Clip 252b und das nicht-geätzte Segment 252c andere geeignete leitende Materialien wie beispielsweise Aluminium oder Wolfram enthalten.
  • Wie in 2B gezeigt ist, enthält der Leadframe 250 nicht-geätzte Segmente 250a, 250d und 250e sowie teilweise geätzte Segmente 250b und 250c. Bei den nicht-geätzten Segmenten 250a, 250d und 250e sowie den teilweise geätzten Segmenten 250b und 250c handelt es sich um verschiedene Teile des Leadframes 250, wobei die nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e eine vollständige Dicke des Leadframes 250 behalten, und die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c geätzt sind und somit einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 250 (z.B. eine Hälfte oder ein Viertel der Dicke des nicht-geätzten Segments 250a) besitzen. Die nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e sowie die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c sind physikalisch voneinander getrennt. Bei der vorliegenden Implementierung sind die nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e und die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c aus demselben Material hergestellt und besitzen eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung. Bei anderen Implementierungen können die nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e und die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung können die nicht-geätzten Segmente 250a, 250d und 250e sowie die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c des Leadframes 250 ein Metall wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Wolfram, eine Metalllegierung, ein Tri-Metall oder ein anderes leitendes Material enthalten. Bei der vorliegenden Implementierung können die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c eine im Wesentlichen gleiche Dicke aufweisen, die einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 250 ausmacht. Bei anderen Implementierungen können die teilweise geätzten Segmente 250b und 250c unterschiedliche Dicken besitzen.
  • Wie in 2B gezeigt ist, kann, weil sich der Halbleiterchip 206 auf teilweise geätzten Segmenten und nicht auf nicht-geätzten Segmenten des Leadframes 250 befindet, die Gesamthöhe des Halbleiterchips 206 in der integrierten Leistungshalbleiterpackung 231 verringert werden, so dass der bei herkömmlichen leitenden Clips verwendete Beinabschnitt weggelassen werden kann. Bei der vorliegenden Implementierung besitzt der beinlose leitende Clip 252b einen im Wesentlichen flachen Körper ohne einen Beinabschnitt. Im Unterschied zu herkömmlichen Leistungshalbleiterpackungen, welche Halbleiterchips aufweisen, die an nicht-geätzten Leitersegmenten und leitenden Clips mit Beinabschnitt angebracht sind, verwenden die Implementierungen der vorliegenden Anmeldung teilweise geätzte Segmente 250b und 250c des Leadframes 250, um es zu ermöglichen, dass der Halbleiterchip 206 mit einer verringerten Gesamthöhe in der Halbleiterpackung 231 positioniert wird, was wiederum den Formfaktor der Halbleiterpackung 231 verringert. Bei einer Implementierung kann der Halbleiterchip 206 eine Dicke von 70 μm (d.h. 70·10–6 Meter) oder weniger aufweisen, und die Halbleiterpackung 231 kann eine Gesamthöhe von 0,4 mm (d.h. 0,4·10–3 Meter) oder weniger aufweisen.
  • Zusätzlich kann die Dicke des beinlosen leitenden Clips 256b durch Einsatz des beinlosen leitenden Clips 252b und des zur Anbringung an die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c ausgebildeten Halbleiterchips 206 so eingestellt sein, dass die Hochstrom- und -spannungshandhabbarkeit verbessert wird, um den Anforderungen einer bestimmten Implementierung zu genügen, ohne die Gesamthöhe der Halbleiterpackung 231 wesentlich zu beeinträchtigen. Zusätzlich ist die Halbleiterpackung 231, weil der Leiterrahmen 252 an seiner oberen Oberfläche frei liegt und der Leiterrahmen 250 an seiner unteren Oberfläche frei liegt, in hohem Maße adaptierbar, so dass sie an ihren oberen und/oder unteren Oberflächen direkt an anderen Halbleiterpackungen angebracht werden kann, um versatile Konfigurationen zu bilden.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 2C zeigt 2C eine Querschnittsansicht einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung einer Leistungsschaltstufe gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 2C gezeigt ist, enthält eine integrierte Leistungsanordnung 202 eine Halbleiterpackung 221, die direkt auf die Oberseite einer Halbleiterpackung 231 gestapelt ist, wobei die Halbleiterpackungen 221 und 231 den Halbleiterpackungen 221 und 231 in den 2A bzw. 2B entsprechen können. Bei einer Implementierung beispielsweise kann die Halbleiterpackung 221 unter Verwendung von Lot, Sinter oder einer Sinterlegierung (in 2C nicht explizit dargestellt) an der Halbleiterpackung 231 angebracht werden.
  • Wie in 2C gezeigt ist, enthält die integrierte Leistungsanordnung 202 einen Halbleiterchip 204, der einen Leistungsschalter 220 aufweist, einen Halbleiterchip 206, der einen Leistungsschalter 230 aufweist, einen Leadframe 250, der nicht-geätzte Segmente 250a, 250d und 250e sowie teilweise geätzte Segmente 250b und 250c auf einem Substrat 290 aufweist, einen Leadframe 252, der einen teilweise geätzten, leitenden Clip 252a, einen beinlosen leitenden Clip 252b und ein nicht-geätztes Segment 252c aufweist, einen Leadframe 254, der nicht-geätzte Segmente 254a und 254d und teilweise geätzte Segmente 254b und 254c aufweist, und einen Leadframe 256, der einen teilweise geätzten leitenden Clip 256a und einen beinlosen leitenden Clip 256b aufweist. Bei der vorliegenden Implementierung können die Leistungsschalter 220 und 230 dem High-Side-Schalter 120 bzw. dem Low-Side-Schalter 130 entsprechen, wie sie in 1A gezeigt sind, und sie können wie diese verbunden sein. Da von den Halbleiterpackungen 221 und 231 eine jede freiliegende obere und untere Oberflächen aufweist, kann das Verbinden der Leistungsschalter 220 und 230 zu einer Halbbrücke dadurch bewerkstelligt werden, dass die Halbleiterpackung 221 einfach auf die Oberseite der Halbleiterpackung 231 gestapelt wird.
  • Wie in 2C gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 204 den Leistungsschalter 220. Bei einer Implementierung kann der Leistungsschalter 220 dem High-Side-Schalter 120 der Leistungswandlerschaltung 100 gemäß 1A entsprechen. Die Steuerelektrode 226 (z.B. Gateelektrode) und die Leistungselektrode 224 (z.B. Sourceelektrode) des Leistungsschalters 220 sind elektrisch und mechanisch mit teilweise geätzten Segmenten 254b bzw. 254c des Leadframes 254 gekoppelt. Die teilweise geätzten Segmente 254b und 254c des Leadframes 254 sind direkt an den freiliegenden Oberflächen des teilweise geätzten leitenden Clips 252a bzw. des beinlosen leitenden Clips 252b des Leadframes 252 angebracht. Daher ist die Steuerelektrode 226 (z.B. Gateelektrode) des Leistungsschalters 220 über das teilweise geätzte Segment 254b, den teilweise geätzten leitenden Clip 252a und das nicht-geätzte Segment 250a elektrisch mit dem Substrat 290 gekoppelt. Die Leistungselektrode 224 (z.B. Sourceelektrode) des Leistungsschalters 220 ist elektrisch mit der Leistungselektrode 232 (z.B. Drainelektrode) des Leistungsschalters 230 gekoppelt, und zwar über das teilweise geätzte Segment 254c und den beinlosen leitenden Clip 252b, welcher wiederum über das nicht-geätzte Segment 250d elektrisch mit dem Substrat 290 gekoppelt ist. Die Leistungselektrode 222 (z.B. Drainelektrode) des Leistungsschalters 220 ist über den beinlosen leitenden Clip 256b, das nicht-geätzte Segment 254b, das nicht-geätzte Segment 252c und das nicht-geätzte Segment 250e elektrisch mit dem Substrat 290 gekoppelt.
  • Wie in 2C gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 206 den Leistungsschalter 230. Bei einer Implementierung kann der Halbleiterschalter 230 dem Low-Side-Schalter 130 der Leistungswandlerschaltung 100 gemäß 1A entsprechen. Die Steuerelektrode 236 (z.B. Gateelektrode) und die Leistungselektrode 234 (z.B. Sourceelektrode) des Leistungsschalters 230 sind elektrisch und mechanisch mit den teilweise geätzten Segmenten 250b bzw. 250c des Leadframes 250 gekoppelt, die elektrisch und mechanisch mit dem Substrat 290 gekoppelt sind. Die Leistungselektrode 232 (z.B. Drainelektrode) des Leistungsschalters 230 ist über das teilweise geätzte Segment 254c und den beinlosen leitenden Clip 252b, der dem geschalteten Knoten 140 gemäß 1A entsprechen kann, elektrisch mit der Leistungselektrode 224 (z.B. Sourceelektrode) gekoppelt. Der beinlose leitende Clip 252b wiederum ist über das nicht-geätzte Segment 250d elektrisch mit dem Substrat 290 gekoppelt.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen elektrischen und/oder mechanischen Verbindungen zwischen irgendwelchen von dem Leistungsschalter 220, dem Leistungsschalter 230, den Leadframes 250, 252, 254 und 256 unter Verwendung von Lot wie beispielsweise bleifreiem Lot oder durch die Verwendung von Sinter oder einer Sinterlegierung erzeugt werden kann.
  • Wie in 2C gezeigt ist, liegen bei der integrierten Leistungsanordnung 202 der teilweise geätzte leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b an der oberen Oberfläche der integrierten Leistungsanordnung 202 frei. Da die großen Oberflächen des teilweise geätzten leitenden Clips 256a und des beinlosen leitenden Clips 256b frei liegen (d.h. nicht von der Mold-Zusammensetzung 292a bedeckt sind), können der teilweise geätzte leitende Clip 256a und der beinlose leitende Clip 256b als Kühlkörper wirken, beispielsweise um durch direkte Abstrahlung von Wärme an die Umgebungsluft für eine verbesserte thermische Dissipation zu sorgen. Bei einer anderen Implementierung kann die Mold-Zusammensetzung 292a den Halbleiterchip 204 und den Leadframe 256 bedecken und vollständig einbetten.
  • Indem die Halbleiterpackung 221 direkt auf die Oberseite der Halbleiterpackung 231 gestapelt wird, kann die integrierte Leistungsanordnung 202 vorteilhafterweise lange Routing-Strecken und asymmetrische Strompfade vermeiden. Beispielsweise ist bei der vorliegenden Implementierung die Länge der Verbindung zwischen dem Leistungsschalter 220 und dem Leistungsschalter 230 primär durch die Dicke des beinlosen leitenden Clips 252b bestimmt. Von daher kann die Verbindung zwischen dem Leistungsschalter 220 (z.B. einem High-Side-Schalter) und dem Leistungsschalter 230 (z.B. einem Low-Side-Schalter) über das teilweise geätzte Segment 254c und den beinlosen leitenden Clip 252b einen niedrigen parasitären Widerstand und eine niedrige parasitäre Induktivität aufweisen.
  • Wie in 2C gezeigt ist, kann, da die Halbleiterchips 204 und 206 auf teilweise geätzten Segmenten und nicht auf nicht-geätzten Segmenten des Leadframes 254 bzw. 250 angeordnet sind, die Gesamthöhe eines jeden der Halbleiterchips 204 und 206 in der integrierten Leistungsanordnung 202 verringert werden, so dass die bei herkömmlichen leitenden Clips eingesetzten Beinabschnitte weggelassen werden können. Bei der vorliegenden Implementierung besitzt von den beinlosen leitenden Clips 252b und 256b ein jeder einen im Wesentlichen flachen Körper ohne Beinabschnitt. Im Ergebnis kann die Gesamthöhe der integrierten Leistungsanordnung 202 verringert werden, was wiederum den Formfaktor der integrierten Leistungsanordnung 202 verringert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leistungshalbleiterpackungen, die einzelne Chips aufweisen, die nebeneinander angeordnet sind und über ihre jeweiligen leitenden Clips mit einem Substrat gekoppelt sind, kann die integrierte Leistungsanordnung 202 dadurch, dass die Halbleiterpackung 221, die den Halbleiterchip 204 aufweist, über die Halbleiterpackung 231, die den Halbleiterchip 206 aufweist, auf das Substrat 290 gestapelt wird, vorteilhafterweise eine geringere Grundfläche aufweisen und dadurch den Formfaktor der integrierten Leistungsanordnung 202 verringern. Gemäß einer Implementierung kann von den Halbleiterchips 204 und 206 ein jeder eine Dicke von 70 μm (d.h. 70·10–6 Meter) oder weniger aufweisen, und die integrierte Leistungsanordnung 202 kann eine Gesamthöhe von 0,8 mm (d.h. 0,8·10–3 Meter) oder weniger aufweisen.
  • Beispielsweise kann gemäß einer Implementierung eine integrierte Leistungsanordnung 202, die zu einer Halbbrücke verbundene Leistungsschalter 220 und 230 aufweist, einer Phase eines Drei-Phasen-Inverters allgemeiner eines Mehrphasen-Inverters entsprechen, der dazu verwendet werden kann, einen Motor zu steuern. Beispielsweise sind bei einer integrierten Leistungsanordnung 202 ein Leistungsschalter 220 (z.B. ein High-Side-Schalter) und ein Leistungsschalter 230 (z.B. ein Low-Side-Schalter) zu einer Halbbrücke verbunden, die zwischen einen High-Side-Leistungsbus (z.B. in 1A das positive Eingangsterminal VIN(+)) und einen Low-Side-Leistungsbus (z.B. in 1A das negative Eingangsterminal VIN(–)) gekoppelt sein mit dem teilweise geätzten Segment 254c und dem beinlosen leitenden Clip 252b zwischen den Leistungsschalters 220 und 230 als Ausgangsterminal (z.B. der geschaltete Knoten 140 in 1A).
  • Bezug nehmend auf 3 veranschaulicht 3 eine perspektivische Ansicht eines Drei-Phasen-Inverters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 3 gezeigt ist, enthält der Drei-Phasen-Inverter 300 integrierte Leistungsanordnungen 302u, 302v und 302w, die auf einem Substrat 390 ausgebildet und mit einem Leistungsbus 394 gekoppelt sind. Beispielsweise kann es sich bei den Leistungsanordnungen 302u, 302v und 302w gemäß einer Implementierung um eine U-Phase, eine V-Phase bzw. W-Phase des Drei-Phasen-Inverters 300 handeln, der dazu verwendet werden kann, einen Motor zu steuern. Von den integrierten Leistungsanordnung 302u, 302v und 302w in 3 kann eine jede der integrierten Leistungsanordnung 202 in 2C entsprechen. Beispielsweise kann von den integrierten Leistungsanordnungen 302u, 302v und 302w eine jede einen High-Side-Schalter (z.B. den Leistungsschalter 220 in 2C) und einen Low-Side-Schalter (z.B. den Leistungsschalter 230 in 2C) aufweisen, die in einer integrierten Leistungsanordnung (z.B. der integrierten Leistungsanordnung 202 in 2C) zu einer Halbbrücke verbunden sind. Der Leistungsbus 394 ist so ausgebildet, dass er bei einer jeden der integrierten Leistungsanordnungen 302u, 302v und 302w an der Halbbrücke befestigt werden kann und diese mit einer High-Side-Busspannung (z.B. die Leistungselektrode 222 des Leistungsschalters 220 über den beinlosen leitenden Clip 256b in 2C) mit einer High-Side-Busspannung versorgen kann. Weiterhin kann der Leistungsbus 394, da der Leistungsbus 394 an seiner oberen Oberfläche eine große freiliegende Fläche aufweist, als gemeinsamer Kühlkörper für die integrierten Leistungsanordnungen 302u, 302v und 302w wirken, um für eine verbesserte thermische Dissipation zu sorgen, beispielsweise indem er Wärme direkt an die Umgebungsluft abgibt.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 4A zeigt 4A eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 4A gezeigt ist, enthält eine Halbleiterpackung 461 einen Halbleiterchip 468, der einen Leistungsschalter 460 aufweist, einen nicht-geätzte Segmente 454a und 454c und ein teilweise geätztes Segment 454b aufweisenden Leadframe 454, sowie einen beinlose leitende Clips 456a und 456b aufweisenden Leadframe 456. Die Halbleiterpackung 461 enthält außerdem eine Mold-Zusammensetzung 492a, die den Leadframe 454, den Halbleiterchip 468 und den Leadframe 456 im Wesentlichen bedeckt.
  • Wie in 4A gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 468 den Leistungsschalter 460. Gemäß einer Implementierung kann der Leistungsschalter 460 dem Transistor 160 der Gruppe III-V in dem Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp gemäß 1B entsprechen. Beispielsweise kann es sich bei dem Leistungsschalter 460 um einen III-Nitrid-HFET wie beispielsweise einen GaN-HEMT handeln. Bei der vorliegenden Implementierung handelt es sich bei dem Leistungsschalter 460 um einen Transistor vom Verarmungstyp wie beispielsweise einem GaN-Transistor vom Verarmungstyp. Der Leistungsschalter 460 enthält eine Leistungselektrode 462 (z.B. eine Drainelektrode) und eine Steuerelektrode 466 (z.B. eine Gateelektrode), die auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips 468 angeordnet sind, und eine Leistungselektrode 464 (z.B. eine Sourceelektrode), die auf einer unteren Oberfläche des Halbleiterchips 468 angeordnet ist. Von den Leistungselektrode 462 und 464 und der Steuerelektrode 466 des Leistungsschalters 460 kann eine jede ein lötbares Frontmetall wie beispielsweise Titan, Kupfer, Nickel oder Silber aufweisen.
  • Wie in 4A gezeigt ist, ist die Steuerelektrode 466 (z.B. Gateelektrode) des Leistungsschalters 460 elektrisch und mechanisch mit einem beinlosen leitenden Clip 456a des Leadframes 456 gekoppelt. Die Leistungselektrode 462 (z.B. Drainelektrode) des Leistungsschalters 460 ist elektrisch und mechanisch mit einem beinlosen leitenden Clip 456b des Leadframes 456 gekoppelt. Die Leistungselektrode 464 (z.B. Sourceelektrode) des Leistungsschalters 460 ist elektrisch und mechanisch mit einem teilweise geätzten Segment 454b des Leadframes 454 gekoppelt.
  • Wie in 4A gezeigt ist, enthält der Leadframe 454 nicht-geätzte Segmente 454a und 454c, sowie ein teilweise geätztes Segment 454b. Eine Steuerelektrode 466, die auf der oberen Oberfläche des Halbleiterchips 468 angeordnet ist, ist über einen beinlosen leitenden Clip 456a elektrisch mit dem nicht-geätzten Segment 454a gekoppelt. Die auf der oberen Oberfläche des Halbleiterchips 468 angeordnete Leistungselektrode 462 ist über den beinlosen leitenden Clip 456b elektrisch mit einem nicht-geätzten Segment 454c gekoppelt. Die auf der unteren Oberfläche des Halbleiterchips 468 angeordnete Leistungselektrode 464 ist elektrisch und mechanisch mit dem teilweise geätzten Segment 454b gekoppelt.
  • Wie in 4A gezeigt ist, bedeckt eine Mold-Zusammensetzung 492a im Wesentlichen den den Leistungsschalter 460 aufweisenden Halbleiterchip 468, den die nicht-geätzten Segmente 454a und 454c und das teilweise geätzte Segment 454b aufweisenden Leadframe 454, sowie den die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b aufweisenden Leadframe 456. Wie in 4A gezeigt ist, sind die oberen Oberflächen der beinlosen leitenden Clips 456a und 456b und die unteren Oberflächen der nicht-geätzten Segmente 454a und 454c und des teilweise geätzten Segments 454b der Halbleiterpackung 461 nicht von der Mold-Zusammensetzung 492a bedeckt. Somit kann die Halbleiterpackung 461 beispielsweise oben und unten an anderen Halbleiterpackungen angebracht werden, die andere Halbleiterbauelemente aufweisen, um Leistungswandlerschaltungen oder kaskodierte Schalter zu bilden.
  • Wie in 4A gezeigt ist, enthält der Leadframe 456 beinlose leitende Clips 456a und 456b, wobei der beinlose leitende Clip 456a physikalisch von dem beinlosen leitenden Clip 456b getrennt ist. Von den beinlosen leitenden Clips 456a und 456b kann ein jeder einen im Wesentlichen flachen Körper aufweisen, der eine im Wesentlichen einheitliche Dicke besitzt, welche die vollständige Dicke des Leadframes 456 ist. Bei der vorliegenden Implementierung sind die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b aus demselben Material hergestellt und sie weisen eine im Wesentlichen einheitliche Zusammensetzung auf. Bei einer anderen Implementierung können die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung enthalten die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b des Leadframes 456 Kupfer. Bei einer anderen Implementierung können die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b andere geeignete leitende Materialien wie beispielsweise Aluminium oder Wolfram enthalten.
  • Wie in 4A gezeigt ist, enthält der Leadframe 454 nicht-geätzte Segmente 454a und 454c und ein teilweise geätztes Segment 454b. Bei den nicht-geätzten Segmenten 454a und 454c und dem teilweise geätzten Segment 454b handelt es sich um unterschiedliche Teile des Leadframes 454, wobei die nicht-geätzten Segmente 454a und 454c eine vollständige Dicke des Leadframes 454 behalten, und wobei das teilweise geätzte Segment 454b geätzt ist, so dass es einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 454 aufweist (z.B. eine Hälfte oder ein Viertel der Dicke des nicht-geätzten Segments 454a). Die nicht-geätzten Segmente 454a und 454c und das teilweise geätzte Segment 454b sind physikalisch voneinander getrennt. Bei der vorliegenden Implementierung sind die nicht-geätzten Segmente 454a und 454c und das teilweise geätzte Segment 454b aus demselben Material hergestellt, und sie weisen eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung auf. Bei der vorliegenden Implementierung können die nicht-geätzten Segmente 454a und 454c und das teilweise geätzte Segment 454b des Leadframes 454 ein Metall wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Wolfram enthalten, eine Metalllegierung, ein Tri-Metall, oder ein anderes leitendes Material. Bei einer anderen Implementierung können die nicht-geätzten Segmente 454a und 454c und das teilweise geätzte Segment 454b aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung besitzt das teilweise geätzte Segment 454b eine im Wesentlichen einheitliche Dicke, die durch einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 454 gegeben ist.
  • Wie in 4A gezeigt ist, kann die Gesamthöhe des Halbleiterchips 468 in der integrierten Leistungshalbleiterpackung 461, da der Halbleiterchip 461 auf einem teilweise geätzten Segment und nicht auf einem nicht-geätzten Segment des Leadframes 454 angeordnet ist, verringert werden, so dass der Beinabschnitt, der bei herkömmlichen leitenden Clips eingesetzt wird, weggelassen werden kann. Bei der vorliegenden Implementierung weist von den beinlosen leitenden Clips 456a und 456b ein jeder einen im Wesentlichen flachen Körper ohne einen Beinabschnitt auf. Im Unterschied zu herkömmlichen Leistungshalbleiterpackungen, die Halbleiterchips aufweisen, welche an nicht-geätzten Leitersegmenten und leitenden Clips mit Beinabschnitten angebracht sind, verwenden die Implementierungen der vorliegenden Anmeldung ein teilweise geätztes Segment 454b des Leadframes 454, um zu ermöglichen, dass der Halbleiterchip 468 mit einer reduzierten Gesamthöhe in der Halbleiterpackung 461 positioniert werden kann, was wiederum den Formfaktor der Halbleiterpackung 461 verringert. Gemäß einer Implementierung kann der Halbleiterchip 468 eine Dicke von 70 μm (d.h. 70·10–6 Meter) oder weniger aufweisen, und die Halbleiterpackung 461 kann eine Gesamthöhe von 0,4 mm (d.h. 0,4·10–3 Meter) oder weniger aufweisen.
  • Zusätzlich kann durch den Einsatz des beinlosen leitenden Clips 456b und des zur Anbringung an dem teilweise geätzten Segment 454b ausgebildeten Halbleiterchips 468 die Dicke des beinlosen leitenden Clips 456b so eingestellt sein, dass die Hochstrom- und -spannungsverarbeitbarkeit verbessert wird, so dass sie den Anforderungen einer bestimmten Implementierung genügt, ohne die Gesamthöhe der Halbleiterpackung 461 signifikant zu beeinträchtigen. Zusätzlich ist die Halbleiterpackung 461, weil der Leadframe 456 an seiner oberen Oberfläche frei liegt und der Leadframe 454 an seiner unteren Oberfläche frei liegt, außerordentlich anpassbar, so dass sie an ihren oberen und/oder unteren Oberflächen direkt an anderen Halbleiterpackung angebracht werden kann, um vielfältige Konfigurationen zu bilden.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 4B veranschaulicht 4B eine Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften integrierten Leistungsanordnung eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 4B gezeigt ist, enthält eine Halbleiterpackung 471 einen Halbleiterchip 478, der einen Leistungsschalter 470 aufweist, einen nicht-geätzte Segmente 450a, 450d und 450e sowie teilweise geätzte Segmente 450b und 450c aufweisenden Leadframe 450, und einen nicht-geätzte Segmente 452a und 452c und einen beinlosen leitenden Clip 452b aufweisenden Leadframe 452. Außerdem enthält die Halbleiterpackung 471 eine Mold-Zusammensetzung 492b, die den Leadframe 450, den Halbleiterchip 478 und den Leadframe 452 im Wesentlichen bedeckt.
  • Wie in 4B gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 478 den Leistungsschalter 470. Bei einer Implementierung kann der Halbleiterschalter 470 dem Transistor 170 der Gruppe IV in dem Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp gemäß 1B entsprechen. Beispielsweise kann es sich bei dem Leistungsschalter 470 um ein Silizium-basiertes Leistungshalbleiterbauelement wie beispielsweise einem Silizium-Leistungs-MOSFET handeln. Bei der vorliegenden Implementierung handelt es sich bei dem Leistungsschalter 470 um einen Transistor vom Anreicherungstyp wie beispielsweise einen Silizium-Transistor vom Anreicherungstyp.
  • Wie in 4B gezeigt ist, enthält der Leistungsschalter 470 eine Leistungselektrode 472 (z.B. eine Drainelektrode), die auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips 478 angeordnet ist, und eine Steuerelektrode 476 (z.B. eine Gateelektrode) und eine Leistungselektrode 474 (z.B. eine Sourceelektrode), die auf einer unteren Oberfläche des Halbleiterchips 478 angeordnet sind. Von den Leistungselektroden 472 und 474 und der Steuerelektrode 476 des Leistungsschalters 470 kann eine jede ein lötbares Frontmetall wie beispielsweise Titan, Kupfer, Nickel oder Silber enthalten. Die Steuerelektrode 476 (z.B. eine Gateelektrode) und die Leistungselektrode 474 (z.B. eine Sourceelektrode) des Leistungsschalters 470 sind elektrisch und mechanisch mit teilweise geätzten Segmenten 450b bzw. 450c eines Leadframes 450 gekoppelt. Die Leistungselektrode 472 (z.B. eine Drainelektrode) ist elektrisch und mechanisch mit einem beinlosen leitenden Clip 452b des Leadframes 452 gekoppelt, der elektrisch und mechanisch mit einem nicht-geätzten Segment 450b des Leadframes 450 gekoppelt ist.
  • Wie in 4B gezeigt ist, bedeckt die Mold-Zusammensetzung 492b im Wesentlichen den den Halbleiterschalter 470 aufweisenden Halbleiterchip 478, den die nicht-geätzten Segmente 450a, 450d und 450e sowie die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c aufweisenden Leadframe 450, und den die nicht-geätzten Segmente 452a und 452c und den beinlosen leitenden Clip 452b aufweisenden Leadframe 452. Wie in 4B gezeigt ist, sind die oberen Oberflächen der nicht-geätzten Segmente 452a und 452c und des beinlosen leitenden Clips 452b und die unteren Oberflächen des nicht-geätzten Segments 450a, 450d und 450e und der teilweise geätzten Segmente 450b und 450c der Halbleiterpackung 471 nicht von der Mold-Zusammensetzung 492b bedeckt. Somit kann die Halbleiterpackung 471 beispielsweise oben und unten an anderen Halbleiterpackungen angebracht werden, die Halbleiterbauelemente aufweisen, um Leistungswandlerschaltungen oder kaskodierte Schalter zu bilden.
  • Wie in 4B gezeigt ist, handelt es sich bei den nicht-geätzten Segmenten 450a, 450d und 450e und den teilweise geätzten Segmenten 450b und 450c um verschiedene Teile des Leadframes 450, wobei die nicht-geätzten Segmente 450a, 450d und 450e eine vollständige Dicke des Leadframes 450 behalten, und die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c geätzt sind und somit einen Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 450 besitzen (z.B. eine Hälfte oder ein Viertel der Dicke des nicht-geätzten Segments 450a). Die nicht-geätzten Segmente 450a, 450d und 450e und die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c sind physikalisch voneinander getrennt. Bei der vorliegenden Implementierung sind die nicht-geätzten Segmente 450a, 450d und 450e und die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c aus demselben Material hergestellt, und sie weisen eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung auf. Bei der vorliegenden Implementierung können die nicht-geätzten Segmente 450a, 450d und 450e und die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c des Leadframes 450 ein Metall wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Wolfram aufweisen, eine Metalllegierung, ein Tri-Metall, oder ein anderes leitendes Material. Bei einer anderen Implementierung können die nicht-geätzten Segmente 450a, 450d und 450e und die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Bei der vorliegenden Implementierung besitzen die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c eine im Wesentlichen einheitliche Dicke, welche ein Bruchteil der vollständigen Dicke des Leadframes 450 ist. Bei einer anderen Implementierung können die teilweise geätzten Segmente 450b und 450c unterschiedliche Dicken aufweisen.
  • Wie in 4B gezeigt ist, kann, da der Halbleiterchip 478 auf teilweise geätzten Segmenten und nicht auf nicht-geätzten Segmenten des Leadframes 450 angeordnet ist, die Gesamthöhe des Halbleiterchips 478 in der integrierten Leistungsanordnung 442 verringert werden, so dass der bei herkömmlichen leitenden Clips eingesetzte Beinabschnitt weggelassen werden kann. Bei der vorliegenden Implementierung besitzt der beinlose leitende Clip 452b einen im Wesentlichen flachen Körper ohne einen Beinabschnitt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leistungshalbleiterpackungen, die Halbleiterchips aufweisen, welche an nicht-geätzten Leitersegmenten und leitenden Clips mit Beinabschnitten angebracht sind, verwenden Implementierungen der vorliegenden Anmeldung teilweise geätzte Segmente 450b und 450c des Leadframes 450, um zu ermöglichen, dass der Halbleiterchip 478 mit einer verringerten Gesamthöhe in der Halbleiterpackung 471 positioniert werden kann, was wiederum den Formfaktor der Halbleiterpackung 471 verringert. Gemäß einer Implementierung kann der Halbleiterchip 478 eine Dicke von 70 μm (d.h. 70·10–6 Meter) oder weniger aufweisen, und die Halbleiterpackung 471 kann eine Gesamthöhe von 0,4 mm (d.h. 0,4·10–3 Meter) oder weniger aufweisen.
  • Zusätzlich kann durch den Einsatz des beinlosen leitenden Clips 452b und des zur Anbringung an den teilweise geätzten Segmenten 450b und 450c ausgebildeten Halbleiterchips 478 die Dicke des beinlosen leitenden Clips 452b so eingestellt sein, dass die Hochstrom- und -spannungsverarbeitbarkeit verbessert wird, um den Anforderungen einer bestimmten Implementierung zu genügen, ohne die Gesamthöhe der Halbleiterpackung 471 wesentlich zu beeinträchtigen. Zusätzlich ist die Halbleiterpackung 471, weil der Leadframe 452 an seiner oberen Oberfläche frei liegt und der Leadframe 450 an seiner unteren Oberfläche frei liegt, sehr anpassbar, so dass sie direkt an anderen Halbleiterpackungen auf seiner oberen und/oder unteren Oberfläche angebracht werden kann, um vielfältige Konfigurationen zu bilden.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 4C, zeigt 4C eine Querschnittsansicht einer integrierten Leistungsanordnung eines Komposit-Schalters gemäß einer Implementierung der vorliegenden Anmeldung. Wie in 4C gezeigt ist, kann die integrierte Leistungsanordnung 442 einen Komposit-Schalter wie beispielsweise einen Komposit-Schalter 142 vom Anreicherungstyp in 1B enthalten, der von dem High-Side-Schalter 120 und dem Low-Side-Schalter 130 in 1A zumindest einem entsprechen kann. Beispielsweise kann, während eine integrierte Leistungsanordnung 442 als High-Side-Schalter 120 verwendet wird, eine andere integrierte Leistungsanordnung 442 in der Leistungswandlerschaltung 100 als Low-Side-Schalter 130 verwendet werden. Bei der vorliegenden Implementierung können die Leistungsschalter 460 und 470 einem Transistor 160 der Gruppe III-V bzw. einem Transistor 170 der Gruppe IV entsprechen, wie sie in 1B gezeigt sind, und sie können wie diese verbunden werden. Gemäß einer Implementierung kann die Halbleiterpackung 461 beispielsweise unter Verwendung von Lot, Sinter oder einer Sinterlegierung (in 4C nicht explizit gezeigt) an der Halbleiterpackung 471 angebracht werden.
  • Wie in 4C gezeigt ist, enthält die Leistungsanordnung 442 eine Halbleiterpackung 461, die auf die Oberseite der Halbleiterpackung 471 gestapelt ist, wobei die Halbleiterpackungen 461 und 471 den in den 4A bzw. 4B gezeigten Halbleiterpackungen 461 und 471 entsprechen können. Die integrierte Leistungsanordnung 442 enthält einen einen Leistungsschalter 460 aufweisenden Halbleiterchip 468, einen einen Leistungsschalter 470 aufweisenden Halbleiterchip 478, einen nicht-geätzte Segmente 450a, 450d und 450e sowie teilweise geätzte Segmente 450b und 450c aufweisenden Leadframe 450 auf einem Substrat 490, einen nicht-geätzte Segmente 452a und 452c und einen beinlosen leitenden Clip 452b aufweisenden Leadframe 452, einen nicht-geätzte Segmente 454a und 454c und ein teilweise geätztes Segment 454b aufweisenden Leadframe 454, sowie einen beinlose leitende Clips 456a und 456b aufweisenden Leadframe 456.
  • Wie in 4C gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 468 einen Leistungsschalter 460. Gemäß einer Implementierung kann der Leistungsschalter 460 einem Transistor 160 der Gruppe III-V entsprechen, wie er in 1B gezeigt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Leistungsschalter 460 um einen III-Nitrid-HFET wie beispielsweise einen GaN-HEMT handeln. Bei der vorliegenden Implementierung handelt es sich bei dem Leistungsschalter 460 um einen Transistor vom Verarmungstyp wie beispielsweise einen GaN-Transistor vom Verarmungstyp. Die Steuerelektrode 466 (z.B. eine Gateelektrode) des Leistungsschalters 460 ist über den beinlosen leitenden Clip 456a des Leadframes 456, das nicht-geätzte Segment 454a des Leadframes 454, das nicht-geätzte Segment 452a des Leadframes 452 und das nicht-geätzte Segment 450a des Leadframes 450 elektrisch mit dem Substrat 490 gekoppelt. Die Leistungselektrode 462 (z.B. eine Drainelektrode) des Leistungsschalters 460 ist über den beinlosen leitenden Clip 456b des Leadframes 456, das nicht-geätzte Segment 454c des Leadframes 454, das nicht-geätzte Segment 452c des Leadframes 452 und das nicht-geätzte Segment 450e des Leadframes 450 elektrisch mit dem Substrat 490 gekoppelt. Die Leistungselektrode 464 (z.B. eine Sourceelektrode) des Leistungsschalters 460 ist elektrisch und mechanisch mit dem teilweise geätzten Segment 454b des Leadframes 454 gekoppelt, welches direkt an der freiliegenden oberen Oberfläche des beinlosen leitenden Clips 452b des Leadframes 452 angebracht ist. Daher ist die Leistungselektrode 464 (z.B. eine Sourceelektrode) des Leistungsschalters 460 elektrisch mit der Leistungselektrode 472 (z.B. einer Drainelektrode) des Leistungsschalters 470 gekoppelt, und zwar über das teilweise geätzte Segment 454b und den beinlosen leitenden Clip 452b, welcher wiederum über das nicht-geätzte Segment 450d elektrisch mit dem Substrat 490 gekoppelt ist.
  • Wie in 4C gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 478 einen Leistungsschalter 470. Gemäß einer Implementierung kann der Leistungsschalter 470 dem Transistor 170 der Gruppe IV entsprechen, wie er in 1B gezeigt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Leistungsschalter 470 um ein Siliziumbasiertes Leistungshalbleiterbauelement wie beispielsweise einen Silizium-Leistungs-MOSFET handeln. Bei der vorliegenden Implementierung handelt es sich bei dem Leistungsschalter 470 um einen Transistor vom Anreicherungstyp wie beispielsweise einen Silizium-Transistor vom Anreicherungstyp.
  • Die Leistungselektrode 472 (z.B. eine Drainelektrode) des Leistungsschalters 470 ist elektrisch und mechanisch mit dem beinlosen leitenden Clip 452b des Leadframes 452 gekoppelt, welcher direkt an dem teilweise geätzten Segment 454b des Leadframes 454 angebracht ist. Somit ist die Leistungselektrode 472 (z.B. eine Drainelektrode) des Leistungsschalters 470 über den beinlosen leitenden Clip 452b und das teilweise geätzte Segment 454b elektrisch mit der Leistungselektrode 464 (z.B. einer Sourceelektrode) des Leistungsschalters 460 gekoppelt. Die Steuerelektrode 476 (z.B. eine Gateelektrode) und die Leistungselektrode 474 (z.B. eine Sourceelektrode) des Leistungsschalters 470 sind über teilweise geätzte Segmente 450b bzw. 450c des Leadframes 450 elektrisch mit dem Substrat 490 gekoppelt.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen elektrischen und/oder mechanischen Verbindungen zwischen beliebigen von dem Leistungsschalter 460, dem Leistungsschalter 470, dem Leadframe 450, 452, 454 und 456 unter Verwendung von Lot wie beispielsweise bleifreiem Lot oder unter Verwendung von Sinter oder einer Sinterlegierung hergestellt werden können.
  • Wie in 4C gezeigt ist, liegen bei der integrierten Leistungsanordnung 442 die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b des Leadframes 456 an der oberen Oberfläche der integrierten Leistungsanordnung 442 frei. Da die großen oberen Oberflächen der beinlosen leitenden Clips 456a und 456b frei liegen (d.h. nicht von der Mold-Zusammensetzung 492a bedeckt sind), können die beinlosen leitenden Clips 456a und 456b als Kühlkörper wirken, um für eine verbesserte thermische Dissipation zu sorgen, beispielsweise indem sie Wärme direkt an die Umgebungsluft abgeben. Bei anderen Implementierungen kann die Mold-Zusammensetzung 492a den Halbleiterchip 468 und den Leadframe 456 vollständig einbetten.
  • Indem die Halbleiterpackung 461 direkt auf die Oberseite der Halbleiterpackung 471 gestapelt wird, können bei der integrierten Leistungsanordnung 442 Vorteilhafterweise lange Routing-Strecken und asymmetrische Strompfade vermieden werden. Beispielsweise ist bei der vorliegenden Implementierung die Länge der Verbindung zwischen dem Leistungsschalter 460 und dem Leistungsschalter 470 hauptsächlich durch die Dicke des beinlosen leitenden Clips 452b bestimmt. Von daher kann die Verbindung zwischen dem Leistungsschalter 460 und dem Leistungsschalter 470 einen geringen parasitären Widerstand und eine geringe parasitäre Induktivität aufweisen.
  • Wie in 4C gezeigt ist, kann, da die Halbleiterchips 468 und 478 auf teilweise geätzten Segmenten und nicht auf nicht-geätzten Segmenten der Leadframes 454 bzw. 450 angeordnet sind, die Gesamthöhe eines jeden der Halbleiterchips 468 und 478 in der integrierten Leistungsanordnung 442 verringert werden, so dass der bei herkömmlichen leitenden Clips eingesetzte Beinabschnitt weggelassen werden kann. Bei der vorliegenden Implementierung besitzt von den leitenden Clips 452b und 456b ein jeder einen im Wesentlichen flachen Körper ohne einen Beinabschnitt. Im Ergebnis kann die Gesamthöhe der integrierten Leistungsanordnung 442 verringert werden, was wiederum den Formfaktor der integrierten Leistungsanordnung 442 verringert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leistungshalbleiterpackungen, die einzelne Halbleiterchips aufweisen, welche nebeneinander angeordnet und über ihre jeweiligen leitenden Clips mit einem Substrat gekoppelt sind, kann die integrierte Leistungsanordnung 442, indem die den Halbleiterchip 468 aufweisende Halbleiterpackung 461 über die den Halbleiterchip 478 aufweisende Halbleiterpackung 471 auf dem Substrat 490 gestapelt wird, vorteilhafterweise eine verringerte Grundfläche aufweisen und dadurch den Formfaktor der integrierten Leistungsanordnung 442 verringern. Bei einer Implementierung kann von den Halbleiterchips 468 und 478 ein jeder eine Dicke von 70 μm (d.h. 70·10–6 Meter) oder weniger aufweisen, und die integrierte Leistungsanordnung 442 kann eine Gesamthöhe von 0,8 mm (0,8·10–3 Meter) oder weniger aufweisen.
  • Bei einer Implementierung ist der Leistungsschalter 460 in der integrierten Leistungsanordnung 442 mit einem Leistungsschalter 470 kaskodiert, so dass ein Komposit-Schalter vom Anreicherungstyp gebildet wird. Da von den Halbleiterpackungen 461 und 471 eine jede freiliegende obere und untere Oberflächen aufweisen, kann das Verbinden der Leistungsschalter 460 und 470 in einer kaskodierten Konfiguration dadurch erreicht werden, dass die Halbleiterpackung 461, wie in 4C gezeigt, auf die Halbleiterpackung 471 gestapelt wird, und indem eine Steuerelektrode 466 (z.B. eine Gateelektrode) des Leistungsschalters 460 über Leiterbahnen (in 4C nicht explizit gezeigt) auf dem Substrat 490 elektrisch mit der Leistungselektrode 474 (z.B. eine Sourceelektrode) des Leistungsschalters 470 gekoppelt wird. Die integrierte Leistungsanordnung 442 kann einen verringerten Formfaktor und eine verbesserte thermische Dissipation bereitstellen, während sie im Wesentlichen auch eine erhöhte parasitäre Induktivität, eine erhöhte thermische Impedanz und Montagekosten vermeiden kann.
  • Daher stellen die Implementierungen der vorliegenden Anmeldung vorteilhafte Verpackungsstrukturen zur Verfügung, sowie Methoden zur Erhöhung der Auswahl und der Vielfalt von Leistungsbauelement und bei der Verpackung der Leistungsbauelemente beispielsweise in Halbbrücken- oder Kaskoden-Konfigurationen, während die thermische und elektrische Performance und der Formfaktor aufrecht erhalten bleiben oder verbessert werden. Gemäß der vorliegenden Anmeldung können unterschiedliche Leistungstransistoren, die in Halbbrücken- oder Kaskoden-Konfigurationen wie beispielsweise Abwärtswandlern oder dergleichen in Leistungswandlern eingesetzt werden, können ausgewählt und auf eine effiziente und effektive Weise zusammen gepackt werden. Gemäß einer Implementierung kann es sich bei einem Leistungstransistor um einen reinen Silizium-FET (engl.: "silicon-only FET") handeln, während es sich bei einem anderen Leistungstransistor um einen GaN-FET oder einen GaN-HEMT in Kaskoden-Konfiguration mit dem reinen Silizium-FET handeln kann. Bei einer anderen Implementierung kann es sich bei dem einen Transistor um einen reinen Silizium-FET handeln, während es sich bei dem anderen Transistor um einen anderen, reinen Silizium-FET in einer Halbbrückenkonfiguration handeln kann. Gemäß noch einer anderen Implementierung kann es sich bei einem Leistungstransistor um einen reinen Silizium-IGBT handeln, während es sich bei dem anderen Leistungstransistor um einen reinen Silizium-FET oder einen GaN-FET oder einen GaN-HEMT handeln kann. Wie in den 2A, 2B, 4A und 4B gezeigt ist, besitzt eine jede einzelne Halbleiterpackung eine freiliegende obere und untere Oberfläche, um eine elektrische und thermische Verbindung mit einem oder mehreren Halbleiterpackungen zuzulassen.

Claims (20)

  1. Integrierte Leistungsanordnung, die aufweist: einen ersten Leadframe, der teilweise geätzte Segmente aufweist; einen ersten Halbleiterchip, der zur Anbringung an einem teilweise geätzten Segment des ersten Leadframes ausgebildet ist; einen zweiten Leadframe, der einen beinlosen leitenden Clip aufweist, der mit einer oberen Oberfläche des genannten ersten Halbleiterchips gekoppelt ist; einen dritten Leadframe, der über dem zweiten Leadframe angeordnet ist und der ein teilweise geätztes Segment aufweist; einen zweiten Halbleiterchip, der zur Anbringung an dem teilweise geätzten Segment des dritten Leadframes ausgebildet ist; wobei der zweite Halbleiterchip über das teilweise geätzte Segment des dritten Leadframes mit dem ersten Halbleiterchip gekoppelt ist.
  2. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei das teilweise geätzte Segment des dritten Leadframes auf dem beinlosen leitenden Clip des zweiten Leadframes angeordnet ist.
  3. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Halbleiterchip einen Low-Side-Transistor enthält und der zweite Halbleiterchip einen High-Side-Transistor enthält, der mit dem Low-Side-Transistor in einer Halbbrücke gekoppelt ist.
  4. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 3, wobei von dem High-Side-Transistor und dem Low-Side-Transistor zumindest einer Silizium enthält.
  5. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Halbleiterchip einen Transistor der Gruppe IV enthält, und wobei der zweite Halbleiterchip einen Transistor der Gruppe III-V in Kaskode mit dem Transistor der Gruppe IV enthält.
  6. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 5, wobei der Transistor der Gruppe IV Silizium enthält.
  7. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 5, wobei der Transistor der Gruppe III-V Galliumnitrid (GaN) enthält.
  8. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Halbleiterchip einen ersten Leistungsschalter enthält, der eine Gateelektrode und eine Sourceelektrode auf einer unteren Oberfläche des ersten Halbleiterchips aufweist, und eine Drainelektrode auf der oberen Oberfläche des ersten Halbleiterchips.
  9. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Halbleiterchip einen zweiten Leistungsschalter enthält, der eine Gateelektrode und eine Sourceelektrode an einer unteren Oberfläche des zweiten Halbleiterchips aufweist, und eine Drainelektrode an einer oberen Oberfläche des zweiten Halbleiterchips.
  10. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Halbleiterchip einen zweiten Leistungsschalter enthält, der eine Sourceelektrode auf einer unteren Oberfläche des zweiten Halbleiterchips aufweist, und eine Gateelektrode und eine Drainelektrode auf einer oberen Oberfläche des zweiten Halbleiterchips.
  11. Integrierte Leistungsanordnung, die aufweist: eine erste Halbleiterpackung, die einen ersten Leistungsschalter aufweist, der zur Anbringung an einem teilweise geätzten Segment eines ersten Leadframes ausgebildet ist, und einen zweiten Leadframe, der einen beinlosen leitenden Clip aufweist, der mit einer oberen Oberfläche des ersten Leistungsschalters gekoppelt ist; eine zweite Halbleiterpackung, die über der ersten Halbleiterpackung angeordnet ist und einen zweiten Halbleiterschalter aufweist, der zur Anbringung an einem teilweise geätzten Segment eines dritten Leadframes ausgebildet ist; wobei der zweite Leistungsschalter über das teilweise geätzte Segment des dritten Leadframes mit dem ersten Leistungsschalter gekoppelt ist.
  12. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 11, wobei das teilweise geätzte Segment des dritten Leadframes auf dem beinlosen leitenden Clip des zweiten Leadframes angeordnet ist.
  13. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Leistungsschalter einen Low-Side-Transistor enthält, und der zweite Leistungsschalter einen High-Side-Transistor enthält, der in einer Halbbrücke mit dem Low-Side-Transistor gekoppelt ist.
  14. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 13, wobei von dem High-Side-Transistor und dem Low-Side-Transistor zumindest einer Silizium aufweist.
  15. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Leistungsschalter einen Transistor der Gruppe IV enthält, und wobei der zweite Leistungsschalter einen Transistor der Gruppe III-V in Kaskode mit dem Transistor der Gruppe IV enthält.
  16. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 15, wobei der Transistor der Gruppe IV Silizium enthält.
  17. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 15, wobei der Transistor der Gruppe III-V Galliumnitrid (GaN) enthält.
  18. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Leistungsschalter eine Gateelektrode und eine Sourceelektrode an einer unteren Oberfläche des ersten Halbleiterchips enthält, und eine Drainelektrode an einer oberen Oberfläche des ersten Halbleiterchips.
  19. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der zweite Leistungsschalter eine Gateelektrode und eine Sourceelektrode an einer unteren Oberfläche eines zweiten Halbleiterchips enthält, und eine Drainelektrode an einer oberen Oberfläche des zweiten Halbleiterchips.
  20. Integrierte Leistungsanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der zweite Leistungsschalter eine Sourceelektrode an einer unteren Oberfläche eines zweiten Halbleiterchips enthält, und eine Gateelektrode und eine Drainelektrode an einer oberen Oberfläche des zweiten Halbleiterchips.
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