DE102015205704B4 - Kontaktanordnung und Verfahren zu Herstellung der Kontaktanordnung - Google Patents

Kontaktanordnung und Verfahren zu Herstellung der Kontaktanordnung Download PDF

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Abstract

Kontaktanordnung (100) zumindest eines Halbleiterbauelementes (10), insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement, wobei ein elektrischer Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (10) eine Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung aufweist und der elektrische Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (30) auf der Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung eine abschließende Metallisierung aus einem Schichtstapel aufweist, welcher gebildet ist aus einer Schichtfolge einer NiP-, Pd- und Au-Schicht oder einer NiP- und Pd-Schicht oder einer NiP- und Au-Schicht, wobei der elektrische Anschluss (15.2, 15.3) mit zumindest einem Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung verbunden ist und zwischen dem zumindest einen elektrischen Anschluss (15.2, 15.3) und dem Draht- oder Bändchenbond (40, 40', 40") ein Kontaktelement (30) angeordnet ist, welches mit einer Unterseite (31) mit dem elektrischen Anschluss (15.2, 15.3) und mit einer Oberseite (32) mit dem Draht- oder Bändchenbond (40, 40', 40") verbunden ist, und welches zumindest zwei angrenzende Schichten (30.1, 30.2) aufweist, wobei die Unterseite (31) des Kontaktelementes (30) aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierung gebildet ist und das Kontaktelement zumindest eine weitere Schicht (30.2) aus Cu oder einer Cu-Legierung, aus Ag- oder einer Ag-Legierung und/oder aus Ni oder einer Ni-Legierung umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Stand der Technik
  • Ein Vielzahl von Leistungshalbleiterbauelementen, beispielsweise IGBT, MOSFET oder Dioden, weisen elektrische Anschlüsse (pads) auf, welche eine Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung, beispielsweise aus AlCu oder AlSiCu, vorsehen. Innerhalb eines Leistungsmoduls werden die elektrischen Anschlüsse dann beispielsweise mit Aluminium Dick-Drähten mit Drahtdurchmesser von 300-500 µm kontaktiert. Ebenso kommen Bändchenbonds aus Al oder einer Al-Legierung zum Einsatz, die beispielsweise eine Breite von 1,5 - 2 mm und eine Bändchendicke von 200-300 µm aufweisen.
  • Es zeigt sich, dass aufgrund von Schaltungsvorgängen im Leistungshalbleiterbauelement thermische Lastwechsel entstehen, welche zu einer thermomechanischen Ermüdung an der Kontaktstelle des elektrischen Anschlusses mit dem Draht- oder Bändchenbond aus Al oder einer Al-Legierung führen. Dabei ergibt sich das Problem, dass durch einsetzende Rissbildung innerhalb der Kontaktstelle sich der Draht- oder Bändchenbond von dem elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelementes teilweise oder vollständig lösen kann. Dadurch ist eine ursprünglich vorgelegene Kontaktverbindung gestört oder liegt als solche gar nicht mehr vor.
  • In Bezug auf thermische Lastwechsel zeigen Drahtbonds aus Cu eine verbesserte Lebensdauer. Cu-Drahtbonds eignen sich allerdings auf Grund ihrer Härte nur bedingt für das Bonden auf Aluminium Pads von Halbleiterbauelementen. Beim Bonden der harten Cu Bonds auf die relativ weichen Aluminium Pads werden diese sehr stark deformiert. Dabei kann es auch zur Schädigung des darunter liegenden Zellenfeldes des Halbleiterbauelementes, dem sogenannten Cratering, kommen.
  • Um die Gefahren derartiger Beschädigungen auszuschließen, werden auf die Metallisierungen aus Al oder einer Al-Legierung zusätzlich einer Verstärkungsstruktur aufgebracht. Diese kann beispielsweise aus einem Schichtstapel von aufeinanderfolgenden Schichten aus NiP, Pd und Au gebildet sein. Das Aufbringen derartiger Schichtstapel auf elektrische Anschlüsse von Halbleiterbauelementen ist aufwändig und kostspielig.
  • Aus der US 2015 / 0 076 712 A1 ist eine elektronische Vorrichtung mit einer integrierten elektronischen Komponente bekannt, wobei die Komponente einen Anschluss aufweist, der mit einem aus zwei zueinander verschiedenen Materialien gebildeten Bonddraht verbunden ist.
  • Aus der US 2011 / 0 033 975 A1 ist ein Halbleiter bekannt, dessen elektrischer Anschluss mit auf den Anschluss gelegte Metallschicht verbunden ist, die mit einem externen Schaltkreis gekoppelt ist.
  • Die Offenlegungsschrift DE 37 87 772 T2 zeigt eine Verbindungsanordnung zwischen einer Anschlussleitung eines Halbleiters und eines mit dem Halbleiter mittelbar zu verbindenden Flachleiter. Die Verbindung von Anschlussleitung und Flachleiter erfolgt mittels eines Sockels, welcher an einer Endanschlussfläche der Anschlussleitung des Halbleiters angeordnet ist. Der Sockel umfasst einen Grundkörper aus Al oder einer Al-Legierung, auf welchem mehrere Beschichtungen aufgebracht sind. Eine erste Beschichtung als Haftschicht überdeckt allseitig den Grundkörper. Auf einer der Endanschlussfläche abgewandten Oberseite des Grundkörpers ist eine zweite Schicht als Sperrschicht aufgebracht, auf welcher abschließend noch eine Verbindungsschicht angeordnet ist. Mittels einem Thermokompressionsbonden wird der Flachleiter auf der Verbindungsschicht mit dem Sockel verbunden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Kontaktieren von Halbleiterbauelementen mit Al enthaltenden Metallisierungen mittels Draht- oder Bändchenbonds einfach und sicher zu ermöglichen.
  • Ferner ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktanordnung eines Halbleiterbauelementes anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktanordnung und ein Verfahren zur Herstellung dieser gelöst.
  • Die Erfindung geht aus von einer Kontaktanordnung zumindest eines Halbleiterbauelementes, beispielsweise ein Transistor, ein Microcontroller, eine Diode, ein Speichermodul oder ein Sensor. Das Halbleiterbauelement, insbesondere als Leistungshalbleiter, weist zumindest einen elektrischen Anschluss mit einer Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung auf, auf welcher eine abschließende Metallisierung aus einem Schichtstapel angeordnet ist und der Schichtstapel gebildet ist aus einer Schichtfolge einer NiP-, Pd- und Au-Schicht oder einer NiP- und Pd-Schicht oder einer NiP- und Au-Schicht. Das Halbleiterbauelement kann beispielsweise eine Oberseite und eine Unterseite aufweisen, wobei zumindest ein elektrischer Anschluss jeweils auf der Oberseite und/oder der Unterseite angeordnet ist. Der bodenseitige elektrische Anschluss kann in einer beispielhaften Ausführung mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers elektrische kontaktiert sein, beispielsweise durch eine Lot-, Sinter- oder Klebeschicht. Das Halbleiterbauelement weist zumindest einen elektrischen Anschluss auf, welcher mit zumindest einem Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung verbunden ist. Der Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung ist beispielsweise mit einem auf der Oberseite des Halbleiterbauelementes angeordneten elektrischen Anschluss verbunden. Ferner ist zwischen dem zumindest einen elektrischen Anschluss und dem Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung ein Kontaktelement angeordnet. Dieses Kontaktelement weist eine Unterseite auf, welche mit dem elektrischen Anschluss verbunden ist. Dagegen ist eine Oberseite des Kontaktelementes mit dem Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung verbunden. Das Kontaktelement weist zumindest zwei angrenzende Schichten auf, wobei die Unterseite aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierung gebildet. Des Weiteren umfasst das Kontaktelement zumindest eine weitere Schicht aus Cu oder einer Cu-Legierung, aus Ag- oder einer Ag-Legierung und/oder aus Ni oder einer Ni-Legierung. Als eine mögliche Cu-Legierung kann beispielsweise Messing oder Bronze vorgesehen sein. Als Al-Legierung sind vorteilhaft AlCu, AlSiCu oder AlSi zu nennen.
  • Der Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung ist nun mittelbar über das Kontaktelement mit dem elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelementes verbunden. Die Verbindung des Kontaktelementes mit dem elektrischen Anschluss erfolgt in einfacher Weise. Indem die Unterseite aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierungen vorgesehen ist, ergibt sich mit der zuvor genannten Metallisierung des elektrischen Anschlusses eine bekannte Kontaktpaarung. In einer sehr einfachen Ausführung ist beispielsweise die Unterseite des Kontaktelementes dann mittels einer Lot-, Sinter- oder Kleberschicht mit dem elektrischen Anschluss verbunden. Die zumindest eine weitere Schicht ist aus einem Material gebildet, welche eine höhere mechanische Belastbarkeit aufweist, als die Al enthaltende Metallisierung des Halbleiterbauelementes. Indem das Kontaktelement mit seiner Unterseite größtenteils, bevorzugt die gesamte Fläche des elektrischen Anschlusses des Halbleiterbauelementes überdeckt, ist durch das Kontaktelement insgesamt eine mechanische Verstärkungsstruktur für den elektrischen Anschluss gegeben. In vorteilhafter Weise kann der elektrische Anschluss nun mittelbar mit einem sehr harten Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung verbunden werden. Dabei ist die Gefahr von Beschädigungen des Halbleiterbauelementes, insbesondere der Halbleiterstrukturen, durch auftretenden Belastungskräfte, beispielsweise infolge eines Bondprozesses, deutlich reduziert oder weitestgehend ausgeschlossen. Weiterhin weist durch Vorsehen des Draht- oder Bändchenbonds aus Cu oder einer Cu-Legierung eine mit der Oberseite des Kontaktelementes mittels eines Bondprozesses, beispielsweise einem Wedge-Wedge-Bondverfahren oder einem Ball/Wedge-Bondverfahren, ausgebildeten Kontaktverbindung eine hohe Lebensdauer auf. Dies gilt insbesondere bei hohen thermischen Lastwechseln des Halbleiterbauelementes. Ebenso gilt dies insgesamt auch bei hohen Betriebstempertaturen, welchen das Halbleiterbauelement ausgesetzt sein kann.
  • Insgesamt ergibt sich daher durch Vorsehen des Kontaktelementes in genannter Art der große Vorteil, dass als Kaufteile beziehbare Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungshalbleiterbauelemente, mit einer üblichen Al enthaltenden Metallisierung der elektrischen Anschlüsse und einer auf der Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung noch abschließenden Metallisierung aus einem Schichtstapel, welcher gebildet ist aus einer Schichtfolge einer NiP-, Pd- und Au-Schicht oder einer NiP- und Pd-Schicht oder einer NiP- und Au-Schicht. Derartige Schichtstapel wirken im Sinne einer mechanischen Schutzschicht, wobei diese durch das Kontaktelement weiter verbessert ist.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform des Kontaktelementes ist zweischichtig ausgeführt, so dass ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau vorliegt. Hierbei ist die Oberseite des Kontaktelementes dann aus einer Schicht aus Cu oder einer Cu-Legierung, aus einer Schicht aus Ag oder einer Ag-Legierung oder aus einer Schicht aus Ni oder einer Ni-Legierung gebildet.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht einen mehrschichtigen Aufbau des Kontaktelementes derart vor, dass zu der die Unterseite des Kontaktelementes bildende Schicht aus Al oder einer AL-Legierung eine angrenzende Schicht aus Cu angeordnet ist. Ferner ist dann auf der Schicht aus Cu ein Oxidationsschutz aus zumindest einer weiteren Schicht aus Au, Ag, Pd und/oder einer deren Legierungen aufgebracht. Ein in dieser Art vorliegendes Kontaktelement kann besonders gut gelagert werden, da die Kontaktierungsbedingungen für einen Draht- oder Bändchenbond über lange Zeit erhalten bleiben, ohne dass die Oberseite des Kontaktelementes für einen Bondprozess zusätzlich verändert oder aufbereitet werden müsste.
  • Das Ausbilden eines Schichtaufbaus des Kontaktelementes ist durch bekannte Verfahren einfach zu erhalten. So sind galvanische Abscheidungsprozesse, Walzplattieren, chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung oder thermisches Spritzen nur beispielhaft zu nennen. Der Schichtaufbau kann zum Beispiel vorerst großformatig erfolgen und als ein Band- oder Plattenmaterial vorliegen. Das Kontaktelement kann dann in vorteilhafter Weise in definierter Form und Größe aus diesem Band- oder Plattenmaterial durch beispielsweise einen Schneid- oder Stanzprozess erhalten werden. Auf diese Weise steht das Kontaktelement kostengünstig für die Verwendung innerhalb einer automatisierten Elektronikfertigung zu Verfügung.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Kontaktelement aus einem erst angeordneten Bändchenbond gebildet ist, auf welchen der Draht- oder Bändchenbond dann folgend angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zur Ausbildung einer Kontaktverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelementes bekannte und hochautomatisierte Bondverfahren zum Einsatz kommen können, wodurch die Unterseite des Kontaktelementes mit dem elektrischen Anschluss verschweißt ist, insbesondere ultraschallverschweißt ist. So sind beispielsweise schon heute AlCu-Bändchenbonds käuflich erwerblich und können durch ein ausschließlich einseitiges Kontaktieren zur einfachen Ausbildung eines Kontaktelementes zum Einsatz kommen. In vorteilhafter Weise ist dadurch die gleiche Verbindungstechnik ermöglicht, wie beim nachfolgenden Bondprozess des Draht- oder Bändchenbonds aus Cu oder einer Cu-Legierung mittels welchem das Draht- oder Bändchenbonds aus Cu oder einer Cu-Legierung dann mit der Oberseite des Kontaktelementes verschweißt ist, insbesondere ultraschaltverschweißt.
  • Demnach können die Bondvorrichtungen und der jeweilige Bondprozess zum Kontaktieren des Kontaktelementes einerseits und zum Kontaktieren des Draht- oder Bändchenbonds aus Cu oder einer Cu-Legierung andererseits aufeinander abgestimmt werden, wodurch ein sehr hoher Qualitätsstandard erreichbar ist.
  • Grundsätzlich kann ein Kontaktelement auch derart vorgesehen sein, dass auf der Oberseite anstelle eines Draht- oder Bändchenbonds unmittelbar ein elektrischer Anschluss eines weiteren elektrischen und/oder elektronischen Bauelements kontaktiert ist. Insbesondere ergibt sich hierbei ein Vorteil, wenn die Oberseite des Kontaktelementes aus Cu oder einer Cu-Legierung gebildet ist. Hierbei kann dann beispielsweise ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Chip, mit einer Al haltigen Metallisierung der elektrischen Anschlüsse mittels einer Lot- oder Sinterschicht mit der Cu haltigen Oberseite des Kontaktelementes einfach und sicher kontaktiert werden.
  • Die Erfindung führt auch zu einem Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
  • Das Verfahren sieht vor, dass in einem ersten Fertigungsschritt die Unterseite des Kontaktelementes mit dem elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelementes verbunden wird und dass in einem nachfolgenden Fertigungsprozess das Ende zumindest eines Draht- oder Bändchenbonds aus Cu oder einer Cu-Legierung mit der Oberseite des Kontaktelementes verbunden wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass der erste Fertigungsschritt einen Bondprozess eines erst angeordneten Bändchenbonds als das Kontaktelement umfasst Dies erfolgt in der Weise, dass das Bändchenbond an seinem einen Ende über eine Unterseite aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierung mit dem elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelementes verschweißt wird, insbesondere mittels Ultraschall, und das Kontaktelement durch Abtrennen des verschweißten Teils des Bändchenbonds vom restlichen Teil des Bändchenbonds erhalten wird. Üblicher Weise weist die Bondvorrichtung einen sogenannten Bond-Keil auf, welcher das Bändchenbond, beispielsweise ein AlCu-Bändchenbond, gegen die Fläche des zumindest einen elektrischen Anschlusses des Halbleiterbauelementes drückt. Daraufhin wird eine Ultraschallleistung in die Kontaktstelle von Bändchenbond und dem elektrischen Anschluss eingekoppelt, woraufhin die Unterseite des erst angeordneten Bändchenbond aus Al oder einer Al-Legierung mit dem elektrischen Anschluss verschweißt wird. Bei üblichen Bondprozessen würde im Anschluss nun ein weiteres Ende des Bändchenbonds unter Ausbildung einer sogenannten Loop-Form das Bonden mit einer weiteren Kontaktfläche, beispielsweise dem elektrischen Anschluss eines weiteren elektrischen Bauelementes oder der Kontaktfläche auf einem Schaltungsträger, vorsehen. Da der erst angeordnete Bändchenbond nun als Kontaktelement ausgebildet wird, wird im Gegensatz zu den üblichen Bondverfahren das restliche Band, welches nicht mit dem elektrischen Anschluss flächig verbunden ist, mittels eines Bondmessers von dem Teil des Bandes, welches mit dem elektrischen Anschluss gebondet ist, abgetrennt.
  • Hingegen sieht das Verfahren in dem zweiten Fertigungsschritt einen üblichen Bondprozess vor, derart, dass das andere Ende des dem erst angeordneten Bändchenbond dann folgende Draht- oder Bändchenbonds aus Cu oder einer Cu-Legierung mit dem elektrischen Anschluss eines weiteren elektrischen Bauelementes oder mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers verbunden wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
    • 1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung eines Halbleiterbauelementes in einer seitlichen Schnittdarstellung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kontaktanordnung 100. Diese umfasst zumindest ein Halbleiterbauelement 10, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement, beispielsweise einen IGBT oder einen MOSFET. Das Halbleiterbauelement 10 weist eine Oberseite 12 und eine Unterseite 11 auf. Auf der Unterseite 11 ist ein elektrischer Anschluss 15.1 des Halbleiterbauelementes 10 ausgebildet. Der unterseitige elektrische Anschluss 15.1 ist dabei mit einem Schaltungsträger 20 verbunden. Der Schaltungsträger 20 ist beispielsweise als DBC (direct bonded copper) ausgebildet und weist eine Keramikschicht 23 auf, welche zwischen zwei Cu-Schichten 21, 22 angeordnet ist. Die eine Kupferschicht 21 ist beispielsweise derart strukturiert, dass eine Leiterbahnstruktur ausgebildet ist. Unter anderem sind dadurch mehrere Kontaktflächen 21.1, 21.2, 21.3 der Leiterbahnstruktur ausgebildet. Mit einer dieser Kontaktflächen 21.1 ist der unterseitige elektrische Anschluss 15.1 mittels einer Lotschicht 13 verbunden. Alternativ kann anstelle der Lotschicht 13 auch eine Sinterschicht oder eine Kleberschicht vorgesehen sein. Anstelle eines DBC-Substrates kann als Schaltungsträger 20 auch ein PCB (printed circuit board), AMB ((active metal braze), IMS (insulated metal brazing substrat) oder LTCC-Substrat (Low temperature co-fired ceramic) vorgesehen sein, wobei in beschriebener Weise das Halbleiterbauelement 10 mit seinem einem elektrischen Anschluss 15.1 mit zumindest einer Kontaktfläche einer auf dem Schaltungsträger ausgebildeten Leiterbahnstruktur verbunden ist. Auf der Oberseite 12 des Halbleiterbauelementes 10 sind zwei weitere elektrische Anschlüsse 15.2, 15.3 ausgebildet, wobei die Anzahl der elektrischen Anschlüsse sowie deren Anordnung am Halbleiterbauelement 10 je nach Ausführung des Halbleiterbauelementes 10 variieren kann. Grundsätzlich weisen die elektrischen Anschlüsse 15.1, 15.2, 15.3 eine Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung auf sowie auf dieser Metallisierung zusätzlich eine abschließende Metallisierung aus einem Schichtstapel, welcher gebildet ist aus einer Schichtfolge einer NiP-, Pd- und Au-Schicht oder einer NiP- und Pd-Schicht oder einer NiP- und Au-Schicht. Übliche käuflich erwerbbare Standardhalbleiterbauelemente weisen derartige beschriebene Metallisierungen auf und können daher besonders bevorzugt in einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung 100 gemäß der 1 zum Einsatz kommen. Einer der oberseitigen elektrischen Anschlüsse 15.2 ist mit einem Draht- oder Bändchenbond 40 aus Cu oder einer Cu-Legierung verbunden. Die Verbindung erfolgt mittelbar durch ein Kontaktelement 30, welches zwischen dem einen elektrischen Anschluss 15.2 und dem einen Draht- oder Bändchenbond 40 aus Cu oder einer Cu-Legierung angeordnet ist. Das Kontaktelement 30 weist hierbei eine Unterseite 31 und eine Oberseite 32 auf und umfasst mindestens zwei angrenzende Schichten 30.1, 30.2. Dabei ist die Unterseite 31 aus einer Schicht 30.1 aus Al oder einer Al-Legierung gebildet, während die Oberseite 32 aus einer angrenzenden Schicht 30.2 aus Cu- oder einer Cu-Legierung gebildet ist. Alternativ kann die Oberseite 32 aus einer Schicht aus Ag oder einer Ag-Legierung bzw. einer Ni oder einer Ni-Legierung ausgebildet sein. Neben einer zweischichtigen Ausführungsform des Kontaktelementes 30 sind auch beispielsweise dreischichtige oder darüber hinausgehende Schichtaufbauten des Kontaktelementes 30 denkbar. Nun wird in einem ersten Fertigungsschritt das Kontaktelement 30 mit dem einen elektrischen Anschluss 15.2 verbunden. Hierfür ist das Kontaktelement 30 bevorzugt aus einem erst angeordneten Bändchenbond gebildet, beispielsweise einem AlCu-Bändchenbond. Dieses wird während des ersten Fertigungsschrittes von einer Bondvorrichtung (nicht dargestellt) mit seiner Unterseite auf den einen elektrischen Anschluss 15.2 aufgesetzt und durch einen Bondprozess mit der Metallisierung bzw. dem elektrischen Anschluss 15.2 ultraschallverschweißt. Dabei kann der mit dem elektrischen Anschluss 15.2 gebondene Teil des Bändchenbonds die Fläche des elektrischen Anschlusses 15.2 teilweise oder bevorzugt auch vollständig überdecken. Nach der Ausbildung der Kontaktverbindung durch den Bondprozess wird das Kontaktelement 30 durch Abtrennen des nicht gebondenen Teiles des Bändchenbonds ausgebildet. Hierfür können Bestandteile der Bondvorrichtung genutzt werden, beispielsweise ein Bondmesser. Anschließend wird in einem zweiten Fertigungsschritt der auf den erst angeordneten Bändchenbond dann folgende Draht- oder Bändchenbond 40 aus Cu oder einer Cu-Legierung durch einen üblichen vollständig ausgeführten Bondprozess mit seinem einen Ende mit der Oberseite 32 des Kontaktelementes 30 ultraschallverschweißt und mit dem anderen Ende an einer Kontaktfläche 21.2 des Schaltungsträgers 20 ultraschallverschweißt. Ebenso kann in einer alternativen Ausführung das andere Ende mit einem elektrischen Anschluss eines weiteren elektrischen Bauelementes gebondet werden. In gleicher Weise kann auch ein weiterer Draht- oder Bändchenbond 40' (gestrichelt dargestellt) zur Erhöhung einer Stromtragfähigkeit der Kontaktanordnung 100 vorgesehen werden.
  • Nur zur Veranschaulichung ist in 1 ein dritter elektrischen Anschluss 15.3 mit einer Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung gezeigt, wobei dieser ohne ein zusätzliches Kontaktelement 30 unmittelbar mit einem Draht- oder Bändchenbond 40" verbunden ist (gestrichelt dargestellt) und demnach eine ansonsten übliche Kontaktverbindung eines Halbleiterbauelementes 10 mit einem Draht- oder Bändchenbond darstellt.
  • Ist der Draht- oder Bändchenbond 40" hierbei aus Al vorgesehen, so kann es aufgrund von thermischer Lastwechsel im Betrieb des Halbleiterbauelementes zu einem Ablösen des Draht- oder Bändchenbonds von dem elektrischen Anschluss 15.3 kommen. Dies ist auf Materialermüdungsvorgänge und der Ausbildung von Rissen in der Kontaktstelle zurückzuführen.
  • Ist der Draht- oder Bändchenbond 40" dagegen aus Cu oder einer Cu-Legierung vorgesehen - einem im Vergleich zur Metallisierung des elektrischen Anschlusses 15.3 viel härterem Materials - kann es bei der Ausbildung einer Kontaktverbindung mittels eines Bondprozesses zu Beschädigungen der unterhalb des elektrischen Anschlusses befindlichen Halbleiterstrukturen kommen.
  • Daher ist es insgesamt vorteilhaft, auch den dritten elektrischen Anschluss 15.3 in gleicher Weise wie beim zweiten elektrischen Anschluss 15.2 zuvor mit einem Kontaktelement 30 zu verbinden, um dann nachfolgend das Kontaktelement 30 mit einem Draht- oder Bändchenbond 40" aus Cu oder einer Cu-Legierung zu bonden. Dies gilt in gleicher Weise für alle elektrischen Anschlüsse des Halbleiterbauelementes 10, welche mit einem Draht- oder Bändchenbond, insbesondere aus Cu oder einer Cu-Legierung, innerhalb einer Kontaktanordnung zu verbinden sind.

Claims (12)

  1. Kontaktanordnung (100) zumindest eines Halbleiterbauelementes (10), insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement, wobei ein elektrischer Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (10) eine Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung aufweist und der elektrische Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (30) auf der Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung eine abschließende Metallisierung aus einem Schichtstapel aufweist, welcher gebildet ist aus einer Schichtfolge einer NiP-, Pd- und Au-Schicht oder einer NiP- und Pd-Schicht oder einer NiP- und Au-Schicht, wobei der elektrische Anschluss (15.2, 15.3) mit zumindest einem Draht- oder Bändchenbond aus Cu oder einer Cu-Legierung verbunden ist und zwischen dem zumindest einen elektrischen Anschluss (15.2, 15.3) und dem Draht- oder Bändchenbond (40, 40', 40") ein Kontaktelement (30) angeordnet ist, welches mit einer Unterseite (31) mit dem elektrischen Anschluss (15.2, 15.3) und mit einer Oberseite (32) mit dem Draht- oder Bändchenbond (40, 40', 40") verbunden ist, und welches zumindest zwei angrenzende Schichten (30.1, 30.2) aufweist, wobei die Unterseite (31) des Kontaktelementes (30) aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierung gebildet ist und das Kontaktelement zumindest eine weitere Schicht (30.2) aus Cu oder einer Cu-Legierung, aus Ag- oder einer Ag-Legierung und/oder aus Ni oder einer Ni-Legierung umfasst.
  2. Kontaktanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Unterseite (31) des Kontaktelementes (30) aus einer Schicht (30.1) aus AlCu, AlSiCu oder aus AlSi gebildet ist.
  3. Kontaktanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zumindest eine weitere Schicht (30.2) aus Messing oder aus Bronze gebildet ist.
  4. Kontaktanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (30) gebildet ist aus der Schicht (30.1) aus einer AL-Legierung und einer angrenzenden Schicht (30.2) aus Cu, wobei auf der Schicht aus Cu ein Oxidationsschutz aus zumindest einer weiteren Schicht aus Au, Ag, Pd und/oder einer deren Legierungen aufgebracht ist.
  5. Kontaktanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei das Kontaktelement (30) gebildet ist aus der Schicht (30.1) aus Al und einer angrenzenden Schicht (30.2) aus Cu, wobei auf der Schicht aus Cu ein Oxidationsschutz aus zumindest einer weiteren Schicht aus Au, Ag, Pd und/oder einer deren Legierungen aufgebracht ist.
  6. Kontaktanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (30) aus einem Band- oder Plattenmaterial gebildet ist.
  7. Kontaktanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (30) als ein erst angeordneter Bändchenbond ausgebildet ist, auf welches der Draht- oder Bändchenbond (40, 40', 40") aus Cu oder einer Cu-Legierung dann folgend angeordnet ist.
  8. Kontaktanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterseite (31) des Kontaktelementes (30) mittels einer Lot-, Sinter- oder Kleberschicht (13) mit dem elektrischen Anschluss (15.2, 15.3) verbunden ist oder mit diesem verschweißt ist.
  9. Kontaktanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Draht- oder Bändchenbond (40, 40', 40") aus Cu oder einer Cu-Legierung mit der Oberseite (31) des Kontaktelementes (30) verschweißt ist, insbesondere ultraschaltverschweißt.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in einem ersten Fertigungsschritt die Unterseite (31) des Kontaktelementes (30) mit dem elektrischen Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (10) verbunden wird, und wobei der elektrische Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (10) eine Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung aufweist und der elektrische Anschluss (15.1, 15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (30) auf der Metallisierung aus Al oder einer Al-Legierung eine abschließende Metallisierung aus einem Schichtstapel aufweist, welcher gebildet ist aus einer Schichtfolge einer NiP-, Pd- und Au-Schicht oder einer NiP- und Pd-Schicht oder einer NiP- und Au-Schicht, und dass in einem nachfolgenden Fertigungsprozess das Ende des zumindest einen Draht- oder Bändchenbonds (40, 40', 40") aus Cu oder einer Cu-Legierung mit der Oberseite (32) des Kontaktelementes (30) verbunden wird, wobei das Kontaktelement (30) zumindest zwei angrenzende Schichten (30.1, 30.2) aufweist, wobei die Unterseite (31) des Kontaktelementes (30) aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierung gebildet ist und das Kontaktelement (30) zumindest eine weitere Schicht (30.2) aus Cu oder einer Cu-Legierung, aus Ag- oder einer Ag-Legierung und/oder aus Ni oder einer Ni-Legierung umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Fertigungsschritt einen Bondprozess eines erst angeordneten Bändchenbonds als das Kontaktelement (30) umfasst, indem der erst angeordnete Bändchenbond an seinem einen Ende über eine Unterseite (31) aus einer Schicht aus Al oder einer Al-Legierung mit dem elektrischen Anschluss (15.2, 15.3) des Halbleiterbauelementes (10) verschweißt wird, insbesondere mittels Ultraschall, und das Kontaktelement (30) durch Abtrennen des verschweißten Teils des Bändchenbonds vom restlichen Teil des Bändchenbonds erhalten wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei in dem zweiten Fertigungsschritt das andere Ende des Draht- oder Bändchenbonds (40. 40', 40") aus Cu oder einer Cu-Legierung mit einem elektrischen Anschluss eines weiteren elektrischen Bauelementes oder mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers verbunden wird.
DE102015205704.6 2015-03-30 2015-03-30 Kontaktanordnung und Verfahren zu Herstellung der Kontaktanordnung Active DE102015205704B4 (de)

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