DE102016105096B4 - Halbleitervorrichtung mit einer in einer umverteilungsschicht ausgebildeten passiven komponente - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit einer in einer umverteilungsschicht ausgebildeten passiven komponente Download PDF

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Abstract

Vorrichtung, umfassend:einen Halbleiterchip (10);eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12), die über einer Hauptfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet sind;eine Vielzahl von zweiten ebenen Metallisierungsschichten (40), die neben einer Seitenfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet sind; undeine passive Komponente (16), umfassend:Wicklungen, wobei jede der Wicklungen in einer der Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) ausgebildet ist, undzweite Wicklungen, die mit den Wicklungen elektrisch gekoppelt sind, wobei jede der zweiten Wicklungen in einer der Vielzahl von zweiten ebenen Metallisierungsschichten (40) ausgebildet ist, wobei die zweiten Wicklungen den Halbleiterchip (10) umgeben.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf Halbleitervorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf Halbleitervorrichtungen, die eine in einer Umverteilungsschicht gebildete passive Komponente umfassen.
  • HINTERGRUND
  • Halbleitervorrichtungen können mehrere beliebige Arten von elektronischen Komponenten umfassen. Die Anordnung und der Aufbau der elektronischen Komponenten können die Leistungsfähigkeit und die Abmessungen der Vorrichtungen beeinflussen. Halbleitervorrichtungen müssen ständig verbessert werden. Es kann insbesondere wünschenswert sein, die Leistungsfähigkeit der Vorrichtungen zu verbessern und gleichzeitig ihre Abmessungen zu verringern.
  • Die Druckschrift US 2004 / 0238 929 A1 betrifft eine Halbleitervorrichtung eines WCSP (Waferlevel Chip Size Package) Packaging Typs.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 109 981 A1 betrifft die Technik der Halbleiterchipverkapselung und insbesondere ein Halbleiterchip-Package mit passiven Komponenten.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 117 953 A1 betrifft Halbleiterbauelemente, die mehrere Halbleiterchips und ein Laminat beinhalten sowie Verfahren zum Produzieren solcher Halbleiterbauelemente.
  • Die Druckschrift DE 10 2009 034 404 A1 betrifft allgemein Halbleiterbauelemente und insbesondere Transformatoren.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 109 825 A1 betrifft allgemein Halbleiterschaltungen und Verfahren und insbesondere ein System und ein Verfahren für einen kernlosen Transformator.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 005 984 A1 betrifft ein abgeschirmtes System, umfassend ein Halbleitersubstrat und eine Hochfrequenzkomponente und insbesondere eine Anordnung, die die Ableitung von Energie von der HF-Komponente ins Halbleitersubstrat reduziert.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigefügt, um ein besseres Verständnis von Aspekten bereitzustellen, Die Zeichnungen stellen Aspekte dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Aspekte zu erklären. Weitere Aspekte und viele der vorgesehenen Vorteile der Aspekte sind einfach zu verstehen, wenn sie in Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung besser nachzuvollziehen sind. Die Elemente in den Zeichnungen sind in Bezug zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Gleiche Bezugszeichen können entsprechende ähnliche Teile bezeichnen.
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 200 gemäß der Offenbarung.
    • 3 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 300 gemäß der Offenbarung.
    • 4 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 400 gemäß der Offenbarung.
    • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer passiven Komponente 500, die Wicklungen umfasst. Die passive Komponente 500 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein.
    • 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer passiven Komponente 600, die Wicklungen umfasst. Die passive Komponente 600 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein.
    • 7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer passiven Komponente 700, die Wicklungen und ein magnetisches Material in Form eines magnetischen Kerns umfasst. Die passive Komponente 700 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein.
    • 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer passiven Komponente 800, die Wicklungen und ein magnetisches Material in Form magnetischer Folien umfasst. Die passive Komponente 800 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein.
    • 9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer passiven Komponente 900, die Wicklungen umfasst, die in einem magnetischen Material eingebettet sind. Die passive Komponente 900 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein.
    • 10 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 1000 gemäß der Offenbarung, die eine Metallstruktur umfasst, die konfiguriert ist, eine elektromagnetische Abschirmung bereitzustellen.
    • 11 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf eine Metallstruktur 1100, die in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein kann.
    • 12 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf Metallstrukturen 1200, die in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein können.
    • 13 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 1300 gemäß der Offenbarung.
    • 14 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 1400 gemäß der Offenbarung.
    • 15 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltung 1500, die in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung implementiert sein kann.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Aspekte gezeigt werden, mit denen die Offenbarung in die Praxis umgesetzt werden kann. In dieser Hinsicht werden die Begriffe wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ usw. in Bezug auf die Ausrichtung der Figuren beschrieben. Da die Komponenten der beschriebenen Vorrichtungen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen platziert werden können, kann die richtungsbezogene Terminologie zu Zwecken der Anschaulichkeit verwendet werden, aber sie ist auf keinen Fall als einschränkend zu verstehen. Weitere Aspekte können verwendet werden und strukturelle oder logische Veränderungen können vorgenommen werden, ohne von dem Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher ist die nachfolgende detaillierte Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen und das Konzept der vorliegenden Offenbarung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Die Verwendung der Begriffe „verbunden“, „gekoppelt“, „elektrisch verbunden“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ in der vorliegenden Beschreibung ist nicht unbedingt so zu verstehen, dass die Elemente direkt miteinander verbunden oder aneinander gekoppelt sein müssen. Zwischengeschaltete Elemente können zwischen den „verbundenen“, „gekoppelten“, „elektrisch verbundenen“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen bereitgestellt werden.
  • Außerdem kann der Begriff „über“, der in Bezug auf z.B. eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ einer Oberfläche eines Gegenstands gebildet oder angebracht wird, hier in der Bedeutung verwendet werden, dass die Materialschicht „direkt auf“ z.B. in direktem Kontakt mit der betroffenen Oberfläche angebracht (z.B. gebildet, abgeschieden usw.) wird. Der Begriff „über“, der in Bezug auf z.B. eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ einer Oberfläche eines Gegenstands gebildet oder angebracht wird, kann hier auch in der Bedeutung verwendet werden, dass die Materialschicht „indirekt auf“ die betroffene Oberfläche mit z.B. einer oder mehreren zusätzlichen Schichten zwischen der betroffenen Oberfläche und der Materialschicht angebracht (z.B. gebildet, abgeschieden usw.) wird.
  • Außerdem können die Begriffe „senkrecht“ und „parallel“ hier in Bezug auf eine relative Orientierung von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden. Es ist selbstverständlich, dass diese Begriffe nicht unbedingt bedeuten, dass die festgelegte geometrische Beziehung in einem perfekten geometrischen Sinne verwirklicht wird. Stattdessen müssen in diesem Zusammenhang Herstellungstoleranzen der betroffenen Komponenten berücksichtigt werden. Ein tatsächlicher Winkel zwischen den betroffenen Komponenten kann von einem genauen Wert von 90 (oder 0) Grad um einen Abweichungswert abweichen, der insbesondere von den Toleranzen abhängig ist, die typischerweise auftreten, wenn Techniken zum Herstellen der Komponenten angewandt werden.
  • Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen der Vorrichtungen werden hier beschrieben. Die Anmerkungen, die in Verbindung mit einer beschriebenen Vorrichtung gemacht werden, können auch für ein entsprechendes Verfahren und umgekehrt gelten. Wenn zum Beispiel eine spezifische Komponente einer Vorrichtung beschrieben wird, kann auch das entsprechende Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung eine Aktion zum Bereitstellen der Komponente in einer geeigneten Weise umfassen, selbst wenn diese Aktion nicht ausdrücklich beschrieben oder in den Figuren dargestellt wird. Außerdem können die Merkmale der verschiedenen beispielhaften, hier beschriebenen Aspekte miteinander kombiniert werden, ausgenommen wenn dies ausdrücklich anderweitig vermerkt wird.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können einen oder mehrere Halbleiterchips umfassen, die von unterschiedlicher Art und mit unterschiedlichen Technologien hergestellt sein können. Die Halbleiterchips können im Allgemeinen integrierte Schaltkreise, passive elektronische Komponenten, aktive elektronische Komponenten usw. umfassen. Die integrierten Schaltkreise können als logische integrierte Schaltkreise, analoge integrierte Schaltkreise, integrierte Schaltkreise für gemischte Signale, integrierte Leistungsschaltkreise usw. gestaltet werden. Die Halbleiterchips müssen nicht aus einem spezifischen Halbleitermaterial hergestellt werden und können anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie zum Beispiel Isolationsmaterialien, Kunststoffe, Metalle usw. Bei einem Beispiel können die Halbleiterchips aus einem elementaren Halbleitermaterial, wie zum Beispiel Si usw., hergestellt werden. Bei einem weiteren Beispiel können die Halbleiterchips aus einem Verbundhalbleitermaterial, wie zum Beispiel GaN, SiC, SiGe, GaAs usw., hergestellt werden. Der Begriff „Hauptfläche“ eines Halbleiterchips kann hier verwendet werden und kann sich insbesondere auf eine Oberfläche des Halbleiterchips beziehen, die die elektrischen Kontakte (oder Elektroden) des Halbleiterchips umfasst. Die Elektroden können einen elektrischen Zugang zu den internen Schaltungen des Halbleiterchips bereitstellen.
  • Bei einem Beispiel können die Halbleiterchips einen Leistungshalbleiter umfassen. Im Allgemeinen können die Leistungshalbleiterchips konfiguriert sein als Dioden, MetallOxid-Halbleiter-Leistungsfeldeffekttransistoren (Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors, Leistungs-MOSFETs), Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs), Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (Junction Field Effect Transistors, JFETs), Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (High Electron Mobility Transistors, HEMTs), Supersperrschichtvorrichtungen, Leistungsbipolartransistoren usw. Bei einem ersten Beispiel können die Leistungshalbleiterchips eine vertikale Struktur aufweisen, d.h. die Halbleiterchips können so hergestellt werden, dass die elektrischen Ströme im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der Halbleiterchips fließen können. Zum Beispiel können die Gate-Elektrode und die Source-Elektrode eines Leistungs-MOSFETs über einer Hauptfläche angeordnet sein, während die Drain-Elektrode des Leistungs-MOSFETs über der anderen Hauptfläche angeordnet sein kann. Bei einem zweiten Beispiel können die Leistungshalbleiterchips eine laterale Struktur aufweisen, d.h. die Halbleiterchips können so hergestellt werden, dass die elektrischen Ströme im Wesentlichen in einer Richtung parallel zu einer Hauptfläche der Halbleiterchips fließen können. Zum Beispiel können die Gate-Elektrode, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode eines Leistungs-MOSFETs über einer Hauptfläche des Leistungs-MOSFETs angeordnet sein.
  • Bei einem weiteren Beispiel können die Halbleiterchips konfiguriert sein, um elektronische Komponenten einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung zu steuern (oder zu treiben). Diese Steuer- (oder Treiber-)Halbleiterchips können konfiguriert sein, um die integrierten Schaltkreise eines oder mehrerer Leistungshalbleiterchips zu steuern. Ein Steuerschaltkreis kann konfiguriert sein, um eine oder mehrere elektronische Komponenten der Vorrichtung wie zum Beispiel einen Hochleistungstransistor zu treiben. Die getriebenen Komponenten können spannungsgetrieben oder stromgetrieben sein. Bei einem Beispiel kann das Treiben einer Komponente mit einer Gate-Elektrode durch einen Gate-Treiberschaltkreis ausgeführt werden. Der Treibprozess kann ein Anwenden verschiedener Spannungen auf die Gate-Elektrode zum Beispiel in Form von Einschalt- oder Ausschaltwellenformen umfassen.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten umfassen, die insbesondere über einer Hauptfläche eines Halbleiterchips angeordnet sein können. Die Metallisierungsschichten können sich seitlich über die Hauptfläche des Halbleiterchips oder über andere Schichten wie zum Beispiel dielektrische Schichten hinaus erstrecken, die zwischen dem Halbleiterchip und den Metallisierungsschichten angeordnet sind. Eine oder mehrere der Metallisierungsschichten können teilweise außerhalb und/oder innerhalb eines Umrisses (oder einer Grundfläche) des Halbleiterchips angebracht sein.
  • Die Metallisierungsschichten können als Verdrahtungsschichten eingesetzt werden, um einen elektrischen Kontakt mit einem Halbleiterchip von außerhalb der Vorrichtung herzustellen und/oder um einen elektrischen Kontakt mit anderen Halbleiterchips und/oder in der Vorrichtung enthaltenen Komponenten herzustellen. Die Metallisierungsschichten können insbesondere Kontaktelemente der Halbleiterchips mit externen Kontaktelementen der Vorrichtung elektrisch verbinden. In anderen Worten kann die Metallisierungsschicht konfiguriert sein, um I/O-Kontaktflächen des Halbleiterchips an anderen Standorten zur Verfügung zu stellen. Auf die Metallisierungsschichten kann daher als Umverteilungsschicht Bezug genommen werden. Insbesondere können die Metallisierungsschichten im Wesentlichen parallel zu einer Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet sein und sie können somit eine Umverteilung in dieser parallelen Richtung bereitstellen.
  • Die Metallisierungsschichten können in einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und/oder aus einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Zum Beispiel können die Metallisierungsschichten strukturiert sein und können eine Form von Leiterbahnleitungen (oder Leiterbahnspuren) aufweisen, aber sie können auch in der Form einer Schicht sein, die eine Fläche abdeckt. Jedes geeignete Metall, zum Beispiel mindestens eines aus Aluminium, Nickel, Palladium, Titan, Titan-Wolfram, Silber, Zinn, Gold, Molybdän, Vanadium oder Kupfer oder zugehöriger Metalllegierungen, kann zum Herstellen der Metallisierungsschichten verwendet werden.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können eine Vielzahl von ebenen dielektrischen Schichten umfassen, die insbesondere zwischen der Vielzahl von Metallisierungsschichten angeordnet sein können. Die dielektrischen Schichten können konfiguriert sein, um die Metallisierungsschichten elektrisch voneinander zu isolieren. Außerdem können die hier beschriebenen Vorrichtungen eine Vielzahl von Durchkontaktierungen (Vias) (oder Durchsteckverbindungen) umfassen, die konfiguriert sein können, um Metallisierungsschichten elektrisch miteinander zu verbinden, die auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Metallisierungsschichten bereitgestellt wird. Insbesondere können sich die Durchkontaktierungen im Wesentlichen senkrecht zu den Metallisierungsschichten erstrecken.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können passive elektronische Komponenten umfassen. Im Allgemeinen können die passiven elektronischen Komponenten jede Art von Widerständen, Kondensatoren, induktiven Komponenten, Antennen usw. umfassen. Insbesondere können die passiven Komponenten, wie Spulen oder Transformatoren oder Wicklung, eine oder mehrere Wicklungen umfassen. Bei einem Beispiel können die Wicklungen einer passiven Komponente durch eine der oben beschriebenen, ebenen Metallisierungsschichten gebildet werden. Eine Verbindung zwischen Wicklungen, die in verschiedenen Metallisierungsschichten gebildet werden, kann dann mithilfe einer oder mehrerer Durchkontaktierungen eingerichtet werden. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Wicklung einer passiven Komponente aus Metallisierungsschichten auf verschiedenen Ebenen und Durchkontaktierungen zusammengesetzt sein. Ausführlichere Beispiele passiver Komponenten, die Wicklungen umfassen, werden weiter unten bereitgestellt.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können ein magnetisches Material umfassen, das von Wicklungen einer passiven Komponente umgeben ist. In diesem Zusammenhang kann das magnetische Material als ein magnetischer Kern funktionieren, um eine Induktivität der passiven Komponente zu vergrößern. Die Materialzusammensetzung des magnetischen Materials kann variieren. Bei einem Beispiel kann der magnetische Kern mindestens ein Material aus einem ferromagnetischen Metall (z.B. Eisen) oder einem ferrimagnetischen Material (z.B. Ferrit) umfassen. Bei einem weiteren Beispiel kann der magnetische Kern ein weiches ferromagnetisches Material umfassen. Bei einem besonderen Beispiel kann der magnetische Kern mindestens ein Material aus einer amorphen Kobaltlegierung und einem Kobaltfluoridpolymer umfassen. Die Form des magnetischen Materials kann variieren. Bei einem Beispiel kann das magnetische Material in einer Öffnung angebracht werden, die sich durch eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten erstrecken, die Wicklungen einer passiven Komponente enthalten. Bei einem weiteren Beispiel kann das magnetische Material aus einer Vielzahl von magnetischen Folien zusammengesetzt sein, wobei jede der magnetischen Folien in einer aus der Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten angeordnet sein kann und von Wicklungen einer passiven Komponente umgeben sein kann. Bei einem weiteren Beispiel können Wicklungen einer passiven Komponente in dem magnetischen Material eingebettet (oder eingekapselt) sein.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen können eine Metallstruktur umfassen, die zwischen einem Halbleiterchip und einer in einer Umverteilungsschicht gebildeten passiven Komponente angeordnet sein kann. Die Metallstruktur kann konfiguriert sein, um elektromagnetische Kopplungen zwischen dem Halbleiterchip und der passiven Komponente zu verringern. Dies bedeutet, dass die Metallstruktur die Funktionalität einer elektromagnetischen Abschirmung bereitstellen kann. Insbesondere kann die Metallstruktur mindestens teilweise durch eine oder mehrere der oben beschriebenen, ebenen Metallisierungsschichten gebildet werden. Die Metallstruktur kann geerdet sein, um die elektromagnetische Entkopplung zwischen dem Halbleiterchip und der passiven Komponente zu verbessern. Bei einem Beispiel kann die Metallstruktur als eine flache Metallfläche gebildet sein. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Form der Metallstruktur konfiguriert sein, um eine Induktion elektrischer Ströme in der Metallstruktur während eines Betriebs der Vorrichtung zu verringern. Elektrische Ströme können in der Metallstruktur durch elektrische Ströme induziert werden, die durch die Wicklungen der passiven Komponente fließen. In diesem Zusammenhang kann die Metallstruktur eine Vielzahl von Öffnungen umfassen, die eine Form aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Induktion (insbesondere kreisförmiger) elektrischer Ströme in der Metallstruktur während eines Betriebs der Vorrichtung zu verringern.
  • Die 1 bis 3 zeigen eine schematische Querschnittsseitenansicht der Vorrichtung 100 bis 300 gemäß der Offenbarung. Jede der Vorrichtungen 100 bis 300 wird in allgemeiner Form dargestellt, um einen Aspekt der Offenbarung qualitativ näher zu beschreiben. Die Vorrichtungen 100 bis 300 können weitere Komponenten umfassen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Zum Beispiel können die Vorrichtungen 100 bis 300 außerdem eine oder mehrere Komponenten weiterer Vorrichtungen gemäß der Offenbarung umfassen.
  • Die Vorrichtung 100 kann einen Halbleiterchip 10 und eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 umfassen, die über einer Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 angeordnet sind. Die Metallisierungsschichten 12 können als Verdrahtungsschichten konfiguriert sein, um einen elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterchip 10 von außerhalb der Vorrichtung 100 herzustellen und/oder um einen elektrischen Kontakt mit anderen Halbleiterchips und/oder Komponenten herzustellen, die in der Vorrichtung 100 enthalten sein können. Dies bedeutet, dass die Metallisierungsschichten 12 die Funktionalität einer Umverteilungsschicht bereitstellen können. Bei dem Beispiel von 1 sind die Metallisierungsschichten 12 so dargestellt, dass sie sich nicht über den Umriss (oder die Grundfläche) des Halbleiterchips 10 hinaus erstrecken. Bei weiteren Beispielen können sich die Metallisierungsschichten 12 jedoch in einer oder mehreren Richtungen mit beliebigen Ausdehnungen über den Umriss des Halbleiterchips 10 hinaus erstrecken. Eine detaillierte Form und Struktur der ebenen Metallisierungsschichten 12 wird der Einfachheit halber nicht dargestellt. Ausführlichere Beispiele der Metallisierungsschichten 12 werden weiter unten bereitgestellt. Die Vorrichtung 100 kann außerdem eine passive Komponente 16 umfassen, die Wicklungen umfasst, wobei jede der Wicklungen in einer aus der Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet wird. Bei dem Beispiel der 1 wird die passive Komponente 16 in einem Bereich gezeigt, der durch ein gestricheltes Rechteck angezeigt wird. Eine detaillierte Struktur der passiven Komponente 16 wird der Einfachheit halber nicht dargestellt. Ausführlichere Beispiele der passiven Komponente 16 werden weiter unten bereitgestellt.
  • Während des Betriebs der Vorrichtung 100 können parasitäre Verluste auftreten, die unter anderem von der Länge und dem Querschnitt einer Verbindungsleitung zwischen einer Ausgangselektrode des Halbleiterchips 10 und Anschlüssen der passiven Komponente 16 abhängig sein können. Aufgrund einer Anordnung der passiven Komponente 16 in der Umverteilungsschicht, die von den Metallisierungsschichten 12 gebildet wird, können die Länge und der Querschnitt dieser Verbindungsleitung im Vergleich zu anderen Vorrichtungen mit einer ähnlichen technischen Funktionalität verringert werden. Außerdem können diese anderen Vorrichtungen passive Komponenten in Form von getrennten diskreten Komponenten bereitstellen, die neben einem Gehäuse angeordnet werden können, das den Halbleiterchip 10 enthält. Diese diskreten passiven Komponenten können die kritischen Komponenten in Bezug auf die Systemhöhe sein. Die Höhe einer diskreten passiven Komponente kann zum Beispiel größer als 5 mm sein. Aufgrund einer Anordnung der passiven Komponente 16 in der Umverteilungsschicht wie in der Vorrichtung 100, kann die Höhe der passiven Komponente auf Werte kleiner als 0,5 mm verringert werden, was zu einer verringerten Systemhöhe führt. Außerdem kann eine Anordnung der passiven Komponente 16 innerhalb des Umrisses des Halbleiterchips 10, wenn dieser aus einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche 14 betrachtet wird, zu einem verringerten Flächenverbrauch im Vergleich zu anderen Systemen führen, die diskrete passive Komponenten enthalten. Ein Flächenverbrauch einer herkömmlichen Leistungsstufe, die zwei Leistungs-MOSFETs, einen Steuerchip und eine Spule umfasst, kann bis zu 100 mm2 betragen, während eine Lösung gemäß der Offenbarung und ähnlich wie in 1 einen verringerten Flächenverbrauch von ungefähr 30 mm2 bereitstellen kann.
  • Die Vorrichtung 200 der 2 kann mindestens teilweise ähnlich wie die Vorrichtung 100 sein. Die Vorrichtung 200 kann einen Halbleiterchip 10 und eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 umfassen, die über einer Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 angeordnet sind. Die Vorrichtung 200 kann außerdem eine passive Komponente 16 umfassen, die Wicklungen umfasst, wobei die Wicklungen mindestens teilweise durch die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Die Vorrichtung 200 kann außerdem ein magnetisches Material 18 umfassen, das über dem Halbleiterchip 10 angeordnet ist und von den Wicklungen umgeben ist. Ausführlichere Beispiele der passiven Komponente 16 und des magnetischen Materials 18 werden weiter unten bereitgestellt.
  • Aufgrund einer ähnlichen Anordnung kann die Vorrichtung 200 ähnliche technische Merkmale wie die oben beschriebene Vorrichtung 100 bereitstellen. Außerdem kann das magnetische Material 18, das von den Wicklungen der passiven Komponente 16 umgeben ist, eine Induktivität der passiven Komponenten 16 vergrößern.
  • Die Vorrichtung 300 der 3 kann mindestens teilweise ähnlich wie die Vorrichtungen 100 und 200 sein. Die Vorrichtung 300 kann einen Halbleiterchip 10 und eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 umfassen, die über einer Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 angeordnet sind. Die Vorrichtung 300 kann außerdem eine passive Komponente 16 umfassen, die Wicklungen umfasst, wobei die Wicklungen mindestens teilweise durch die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Die Vorrichtung 300 kann außerdem eine Metallstruktur 20 umfassen, die zwischen dem Halbleiterchip 10 und der passiven Komponente 16 angeordnet ist. Die Metallstruktur 20 kann konfiguriert sein, um elektromagnetische Kopplungen zwischen dem Halbleiterchip 10 und der passiven Komponente 16 zu verringern. Insbesondere kann die Metallstruktur 20 mindestens teilweise durch eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Ausführlichere Beispiele der Metallstruktur 20 werden weiter unten bereitgestellt.
  • Aufgrund einer ähnlichen Anordnung kann die Vorrichtung 300 ähnliche technische Merkmale wie die oben beschriebene Vorrichtung 100 bereitstellen. Außerdem kann die Metallstruktur 20 eine elektromagnetische Abschirmung zwischen dem Halbleiterchip 10 und der durch die Metallisierungsschichten 12 gebildeten passiven Komponente 16 bereitstellen. Durch das Integrieren eingebetteter passiver Komponenten wie zum Beispiel Spulen oder Transformatoren näher an dem Halbleiterchip 10, im Vergleich zu Lösungen mit diskreten passiven Komponenten (siehe oben), kann der Halbleiterchip 10 stärkeren elektromagnetischen Feldern ausgesetzt sein. Die von der Metallstruktur 20 bereitgestellte elektromagnetische Abschirmung kann einen Effekt einer Verringerung der elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Halbleiterchip 10 und den eingebetteten passiven Komponenten aufweisen.
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 400 gemäß der Offenbarung. Die Vorrichtung 400 kann als eine detailliertere Umsetzung der Vorrichtungen 100 bis 300 angesehen werden, sodass unten beschriebene Einzelheiten der Vorrichtung 400 auf ähnliche Weise auf die Vorrichtungen 100 bis 300 anwendbar sind.
  • Die Vorrichtung 400 kann einen Halbleiterchip 10 mit elektrischen Kontakten (oder Elektroden) 22, ein dielektrisches Kernmaterial 24, eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12, eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 26 und eine Vielzahl von dielektrischen Schichten 28 umfassen. Die Vorrichtung 400 kann außerdem eine passive Komponente 16 (siehe gestricheltes Rechteck), die Wicklungen umfasst, die in den und durch die ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden, externe Kontaktelektroden 30, die an einem Umfang der Vorrichtung 400 angeordnet sind, und einen Bereich umfassen, in dem ein magnetisches Material 18 angeordnet ist. Das magnetische Material 18 kann von den Wicklungen der passiven Komponente 16 umgeben sein.
  • Der Halbleiterchip 10 kann zwischen Teilen des dielektrischen Kernmaterials 24 angeordnet sein. Der Halbleiterchip 10 kann zum Beispiel in einem Hohlraum angeordnet sein, der während einer Herstellung der Vorrichtung 400 in dem dielektrischen Kernmaterial 24 bereitgestellt wird. Bei dem Beispiel der 4 können die obere und die untere Hauptfläche des Halbleiterchips 10 im Wesentlichen koplanar mit der oberen und der unteren Seite des dielektrischen Kernmaterials 24 sein.
  • Die Elektroden 22 des Halbleiterchips 10 können mit den Metallisierungsschichten 12 und den Durchkontaktierungen 26 elektrisch so verbunden sein, dass Eingang und Ausgang des Halbleiterchips 10 an anderen Stellen der Vorrichtung 400 zur Verfügung gestellt werden können (oder umverteilt werden können). Eine oder mehrere der Elektroden 22 können mit der passiven Komponente 16 elektrisch verbunden werden. Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der gewählten Perspektive bei dieser Verbindung nicht alle elektrischen Verbindungen der Vorrichtung 400 sichtbar sein können. Selbst wenn zum Beispiel die Querschnittsseitenansicht der 4 eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 10 und der passiven Komponente 16 ausdrücklich zeigt, kann diese elektrische Verbindung durch Abschnitte der Metallisierungsschichten 12 bereitgestellt werden, die in 4 aufgrund der Perspektive der Querschnittsseitenansicht nicht gezeigt werden.
  • Die Metallisierungsschichten 12 und die Durchkontaktierungen 26 können so angeordnet sein, dass die Elektroden 22 des Halbleiterchips 10 mit den externen Kontaktelektroden 30 elektrisch verbunden sein können, die auf dem Umfang der Vorrichtung 400 angeordnet sind. Die passive Komponente 16 kann zwischen den Halbleiterchip 10 und eine externe Elektrode 30 geschaltet sein. Bei dem Beispiel der 4 ist der Halbleiterchip 10 so dargestellt, dass er drei Elektroden 22 auf der oberen Hauptfläche 14 umfasst. Bei weiteren Beispielen kann der Halbleiterchip 10 jedoch die Elektroden auf der unteren Hauptfläche oder er kann Elektroden auf seinen beiden Hauptflächen umfassen. Abhängig von dem Standort der Elektroden 22 und der erforderlichen Umverteilung können die Metallisierungsschichten 12 und die Durchkontaktierungen 26 über der oberen und/oder unter der unteren Hauptfläche des Halbleiterchips 10 angeordnet sein. Der Halbleiterchip 10 kann zum Beispiel ein Leistungstransistor sein, der eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode umfasst, die über der oberen Hauptfläche 14 angeordnet sind.
  • Aufgrund der Umverteilung der Metallisierungsschichten 12 können die drei Elektroden des Leistungstransistors mit externen Elektroden 30 auf der Peripherie der Vorrichtung 400 elektrisch verbunden sein.
  • Die Vorrichtung 400 kann konfiguriert sein, um auf einer (nicht gezeigten) PCB montiert zu werden, wobei die unteren externen Elektroden 30 der PCB zugewandt sein können und eine elektrische Vorrichtung mit dieser herstellen. Außerdem können zusätzliche Komponenten über der Oberseite der Vorrichtung 400 angeordnet werden, wobei die oberen externen Elektroden 30 eine elektrische Verbindung zwischen der Vorrichtung 400 und den montierten Komponenten bereitstellen können. Eine montierte Komponente kann zum Beispiel ein Halbleitergehäuse sein, das mindestens eine Komponente aus einem Halbleiterchip, aktiven elektronischen Komponenten, passiven elektronischen Komponenten usw. umfassen kann.
  • Die Vielzahl von dielektrischen Schichten 28 kann zwischen der Vielzahl von Metallisierungsschichten 12 angeordnet sein, um eine elektrische Isolierung zwischen den Metallisierungsschichten 12 bereitzustellen. Außerdem kann der Halbleiterchip 10 mindestens teilweise in den dielektrischen Schichten 28 eingebettet oder eingekapselt sein. Insbesondere können die dielektrischen Schichten 28 in einem (direkten) Kontakt mit der oberen Hauptfläche und der unteren Hauptfläche des Halbleiterchips 10 stehen. In diesem Zusammenhang ist es nicht notwendig, dass der Halbleiterchip 10 auf einem Träger wie zum Beispiel einem Leadframe angeordnet wird.
  • Die 5 und 6 zeigen eine schematische perspektivische Ansicht der passiven Komponenten 500 und 600, die Wicklungen umfassen. Jede dieser passiven Komponenten 500 und 600 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein. Wieder Bezug nehmend auf die 1 bis 4 können die passiven Komponenten 500 und 600 dort in einem Bereich der Metallisierungsschichten 12 angeordnet werden, der durch das gestrichelte Rechteck angezeigt wird.
  • Die in 5 dargestellte passive Komponente 500 kann durch Wicklungen gebildet werden, die in einer ersten Metallisierungsschicht 12.1 und einer zweiten Metallisierungsschicht 12.2 und einer Durchkontaktierung 26 angeordnet sind, welche die Schichten elektrisch verbindet. Die passive Komponente 500 kann zum Beispiel einer Spule, einer Wicklung oder einem Transformator entsprechen. Es ist selbstverständlich, dass ähnliche passive Komponenten durch eine unterschiedliche Anzahl von Metallisierungsschichten 12 und Durchkontaktierungen 26 gebildet werden können. Bei einem Beispiel kann die passive Komponente durch Wicklungen von nur einer Metallisierungsschicht 12 gebildet werden. Bei einem weiteren Beispiel kann eine passive Komponente aus Wicklungen gebildet werden, die in mehr als zwei Metallisierungsschichten 12 angeordnet sind, die durch mehrere Durchkontaktierungen 26 miteinander verbunden sein können.
  • Bei dem Beispiel der 5 können die in der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht 12.1 und 12.2 gebildeten Teile der passiven Komponente 500 eine Anzahl von jeweils vier Wicklungen umfassen. Zusammen kann die passive Komponente 500 somit eine Gesamtanzahl von acht Wicklungen umfassen. Bei weiteren Beispielen können die Anzahlen und Durchmesser der Wicklungen in den Metallisierungsschichten 12 beliebig sein und können insbesondere von einer gewünschten Induktivität der passiven Komponente abhängig sein. Bei dem Beispiel der 5 können die Wicklungen verschiedener Metallisierungsschichten 12 durch eine Durchkontaktierung 26 an den Kontaktpunkten 32.1 und 32.2 an den inneren Enden der Wicklungen miteinander verbunden sein. Bei einem weiteren Beispiel können die in verschiedenen Metallisierungsschichten gebildeten Wicklungen an den äußeren Endpunkten 34.1 und 34.2 der Wicklungen miteinander verbunden sein. Bei einem weiteren Beispiel, das mehr als zwei Metallisierungsschichten 12 einsetzt, um die Wicklungen der passiven Komponente zu bilden, können die Kontaktpunkte der Durchkontaktierungen 14 so gewählt werden, dass sie zwischen den inneren und den äußeren Kontaktpunkten der Wicklungen von einer zur nächsten Schicht alternieren.
  • Wieder Bezug nehmend auf 4 können die Wicklungen der ersten Metallisierungsschicht 12.1 dort mit einer externen Elektrode 30 elektrisch verbunden sein, die an der Oberseite der Vorrichtung 400 angeordnet ist. Außerdem können die Wicklungen der zweiten Metallisierungsschicht 12.2 mit einer der Elektroden 22 des Halbleiterchips 10 elektrisch verbunden sein. Dies bedeutet, dass die passive Komponente 500 zwischen eine Elektrode 22 des Halbleiterchips 10 und eine externe Elektrode 30 geschaltet sein kann. Jede der Wicklungen kann im Wesentlichen parallel zu der Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 angeordnet werden. Bei dem Beispiel der 5 kann jede der Wicklungen der passiven Komponente 500 (ausschließlich) in einer der ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden, d.h. die Wicklungen erstrecken sich nicht aus einer Ebene hinaus, die von der jeweiligen ebenen Metallisierungsschicht 12 definiert wird. Bei dem Beispiel der 5 können die Wicklungen eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Bei weiteren Beispielen können die Wicklungen eine unterschiedliche Form, zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige, elliptische usw. Form, aufweisen.
  • Die Wicklungen der in 6 dargestellten passiven Komponente 600 können durch eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 26 und eine Vielzahl von Teilen der Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Ähnlich wie in 5 kann die passive Komponente 600 einer Spule, einer Wicklung oder einem Transformator entsprechen. Bei dem Beispiel der 6 kann die passive Komponente 600 dreieinhalb Wicklungen aufweisen. Bei weiteren Beispielen können die Anzahlen und Durchmesser der Wicklungen beliebig sein und können insbesondere von einer gewünschten Induktivität der passiven Komponente 600 abhängig sein. Eine Wicklung der passiven Komponente 600 kann durch einen Teil einer ersten Metallisierungsschicht 12.1, einen Teil einer zweiten Metallisierungsschicht 12.2 und zwei Durchkontaktierungen 26.1 und 26.2 gebildet werden, welche diese Teile miteinander verbinden. Bei dem Beispiel der 6 können die Wicklungen der passiven Komponente 600 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Bei weiteren Beispielen kann die relative Anordnung der Wicklungen von dem gezeigten Beispiel abweichen. Die Wicklungen können zum Beispiel angeordnet sein, um eine toroidale Form auszubilden.
  • Wieder Bezug nehmend auf 4 können die Wicklungen der passiven Komponente 600 dort mit einer der externen Elektroden 30 an einem Kontaktpunkt 36.1 und mit einer der Elektroden 22 des Halbleiterchips 10 an einem Kontaktpunkt 36.2 elektrisch verbunden sein. Jede der Wicklungen kann im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 angeordnet werden. Bei dem Beispiel der 6 können die Wicklungen eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Bei weiteren Beispielen können die Wicklungen eine unterschiedliche Form, zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige, elliptische usw. Form, aufweisen.
  • Die 7 bis 9 zeigen eine schematische perspektivische Ansicht der passiven Komponenten 700 bis 900, die Wicklungen und ein magnetisches Material umfassen. Jede dieser passiven Komponenten 700 bis 900 kann in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein. Wieder Bezug nehmend auf die 1 bis 4 können die passiven Komponenten 700 bis 900 dort in einem Bereich der Metallisierungsschichten 12 angeordnet werden, der durch das gestrichelte Rechteck angezeigt wird. Wieder Bezug nehmend auf die 2 und 4 kann das magnetische Material dort in dem Bereich 18 angeordnet werden.
  • Die passive, in 7 dargestellte Komponente 700 kann durch Wicklungen gebildet werden, die in einer ersten Metallisierungsschicht 12.1 und einer zweiten Metallisierungsschicht 12.2 und einer Durchkontaktierung 14 angeordnet sind, welche die Schichten 12.1 und 12.2 elektrisch verbindet. In diesem Zusammenhang kann die Vorrichtung 700 ähnlich wie die Vorrichtung 500 der 5 sein. Bei dem Beispiel der 7 können die in der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht 12.1 und 12.2 gebildeten Teile der passiven Komponente 700 z.B. eine Anzahl von jeweils zwei Wicklungen umfassen, wobei die Wicklungen z.B. im Wesentlichen kreisförmig sein können. Die Wicklungen können parallel oder senkrecht zu einer Hauptfläche des (nicht dargestellten) Halbleiterchips angeordnet sein, über der die Metallisierungsschichten 12.1 und 12.2 angeordnet sein können.
  • Die passive Komponente 700 kann ein magnetisches Material 18 in Form eines magnetischen Kerns umfassen. Das magnetische Material 18 kann von den Wicklungen umgeben sein, um die Induktivität der passiven Komponente 700 zu vergrößern. Wieder Bezug nehmend z.B. auf 4 kann das magnetische Material 18 dort ein ferromagnetisches oder ferrimagnetisches Material umfassen, das in einer Öffnung angeordnet sein kann, die sich durch die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 und die Vielzahl von dielektrischen Schichten 28 in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 erstreckt. Die erforderliche Öffnung kann zum Beispiel durch eine Ätztechnik, eine Laserabtragung usw. hergestellt werden.
  • Die in der 8 dargestellte passive Komponente 800 kann mindestens teilweise ähnlich wie die passive Komponente 700 sein. Das magnetische Material 18 der passiven Komponente 800 kann eine Vielzahl von magnetischen Folien 18.1 und 18.2 umfassen, die ein ferromagnetisches oder ferrimagnetisches Material enthalten. Jede der magnetischen Folien 18.1 und 18.2 kann in einer Ebene angeordnet sein, die durch eine aus der Vielzahl von Metallisierungsschichten 12.1 und 12.2 gebildet wird und kann von den Wicklungen umgeben sein. Bei dem Beispiel der 8 können die magnetischen Folien 18.1 und 18.2 eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Bei einem weiteren Beispiel kann die Form der magnetischen Folien 18.1 und 18.2 verschieden sein, zum Beispiel im Wesentlichen kreisförmig, elliptisch usw. Die magnetischen Folien 18.1 und 18.2 können zum Beispiel auf der Grundlage einer Photolithographie-Technik hergestellt werden.
  • Das magnetische Material 18 der in 9 dargestellten passiven Komponente 900 kann ein weiches ferromagnetisches Material umfassen, in dem die Wicklungen der passiven Komponente 900 eingebettet oder eingekapselt sein können. Bei einem Beispiel können die Wicklungen insbesondere in mindestens einem aus einer amorphen Kobaltlegierung und einem Kobaltfluoridpolymer eingebettet sein. Wieder Bezug nehmend auf 4 kann das magnetische Material 18 dort mindestens teilweise das dielektrische Material 28 ersetzen. Die Wicklungen können zum Beispiel auf der Grundlage einer Moldingtechnik in das magnetische Material 18 eingebettet sein.
  • 10 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 1000, die gemäß der Offenbarung eine Metallstruktur umfasst, die konfiguriert ist, eine elektromagnetische Abschirmung bereitzustellen.
  • Die Vorrichtung 1000 kann mindestens teilweise ähnlich sein wie die Vorrichtung 400 der 4 und kann ähnliche Komponenten umfassen. Außerdem kann die Vorrichtung 1000 eine Metallstruktur 20 umfassen, die zwischen dem Halbleiterchip 10 und der passiven Komponente 16 angeordnet ist. Die Metallstruktur 20 kann konfiguriert sein, um elektromagnetische Kopplungen zwischen dem Halbleiterchip 10 und der passiven Komponente 16 zu verringern. Ausführlichere beispielhafte Formen der Metallstruktur 20 werden weiter unten bereitgestellt. Die Metallstruktur 20 kann mindestens teilweise durch eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Im Allgemeinen kann eine Form der Metallstruktur 20 konfiguriert sein, um eine Induktion elektrischer Ströme in die Metallstruktur 20 während eines Betriebs der Vorrichtung 1000 zu verringern. Bei dem Beispiel der 10 kann die Metallstruktur 20 mit den Metallisierungsschichten 12 und den Durchkontaktierungen 16 elektrisch verbunden sein, die ein Erdpotential bereitstellen, sodass die Metallstruktur 20 geerdet werden kann, um eine elektromagnetische Entkopplung zwischen dem Halbleiterchip 10 und der passiven Komponente 16 zu verbessern.
  • 11 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf eine Metallstruktur 1100, die in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Die Metallstruktur 1100 kann einem ebenen Metallbereich (oder einer ebenen Metallfolie) entsprechen. Bei dem Beispiel der 11 kann die Metallstruktur 1100 eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Bei weiteren Beispielen kann die Metallstruktur 1100 eine unterschiedliche Form, zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige, elliptische usw. Form, aufweisen.
  • 12 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf zwei beispielhafte Metallstrukturen 1200, die jeweils in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung enthalten sein können. Ähnlich wie in 11 kann die Metallstruktur 1200 einem ebenen Metallbereich (oder einer ebenen Metallfolie) entsprechen. Ein elektrischer Strom durch die Wicklungen einer passiven Komponente, die in der Nähe einer der Metallstrukturen 1200 angeordnet ist, kann unerwünschte (insbesondere kreisförmige) elektrische Ströme in der Metallstruktur 1200 induzieren. Daher kann die Metallstruktur 1200 eine Form aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Induktion dieser (insbesondere kreisförmigen) elektrischen Ströme zu verringern. Bei dem Beispiel der 12 kann die Metallstruktur 1200 eine Vielzahl von Öffnungen 38 umfassen, die sich in einer im Wesentlichen radialen Richtung von einer Peripherie zu einem Mittelpunkt der Metallstruktur 1200 erstrecken. Zumindest an den Positionen der Öffnungen 38 kann eine Induktion von kreisförmigen Strömen verringert oder unterbrochen werden.
    Die Öffnungen 38 können eine unterschiedliche Form, zum Beispiel eine dreieckige, rechteckige, kreisförmige, elliptische usw. Form, aufweisen.
  • 13 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 1300 gemäß der Offenbarung. Bei dem Beispiel der 13 wird die Vorrichtung 1300 in einer allgemeinen Form dargestellt, um einen Aspekt der Offenbarung qualitativ näher zu beschreiben. Die Vorrichtung 1300 kann weitere Komponenten umfassen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 1300 außerdem eine oder mehrere Komponenten der anderen Vorrichtungen gemäß der Offenbarung umfassen.
  • Die Vorrichtung 1300 kann mindestens teilweise ähnlich sein wie die Vorrichtung 100 der 1 und kann ähnliche Komponenten umfassen. Die Vorrichtung 100 kann einen Halbleiterchip 10 und eine Vielzahl von ersten ebenen Metallisierungsschichten 12 umfassen, die über einer Hauptfläche 14 des Halbleiterchips 10 angeordnet sind. Außerdem können in der Nähe des Halbleiterchips 10 zweite ebene Metallisierungsschichten 40 angeordnet sein, wobei die zweiten Wicklungen 40 den Halbleiterchip 10 umgeben können. Die Vorrichtung 1300 kann eine passive Komponente umfassen, die erste aus den ersten Metallisierungsschichten 12 gebildete Wicklungen und zweite aus den zweiten Metallisierungsschichten 40 gebildete Wicklungen umfassen kann. Hierbei können die ersten Wicklungen der passiven Komponente mit den zweiten Wicklungen der passiven Komponente elektrisch verbunden sein. Die ersten Wicklungen und die zweiten Wicklungen können zum Beispiel eine Form aufweisen, wie sie in 5 gezeigt wird. Im Vergleich zur Vorrichtung 100 der 1 kann die Anordnung der 13 eine Vorrichtung 1300 bereitstellen, die eine verringerte Höhe aufweist. Da ein Teil der Wicklungen der passiven Komponente in der Nähe des Halbleiterchips angeordnet sein kann, kann die Anzahl der Wicklungen verringert werden, die über dem Halbleiterchip 10 angeordnet ist, obwohl eine ähnliche Induktivität der passiven Komponente bereitgestellt wird.
  • 14 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtung 1400 gemäß der Offenbarung. Die Vorrichtung 1400 kann ähnlich sein wie die Vorrichtung 400 der 4 und kann ähnliche Komponenten umfassen. Außerdem kann die Vorrichtung 1400 eine Einheit 42 umfassen, die über der Vielzahl von Metallisierungsschichten 12 angeordnet sein kann und mit den oberen externen Kontaktelektroden 30 elektrisch verbunden sein kann. Bei dem Beispiel der 14 kann die Einheit 42 zwei passive elektronische Komponenten 44.1 und 44.2 (z.B. Kondensatoren) umfassen, die in einem Einkapselungsmaterial wie zum Beispiel einer Formmasse, einem Glob-Top-Material, einem Laminiermaterial usw. eingebettet werden können. Bei weiteren Beispielen kann die Einheit 42 einem Halbleitergehäuse entsprechen, das ein oder mehrere aus Halbleiterchips, aktiven elektronischen Komponenten, passiven elektronischen Komponenten usw. enthalten kann.
  • 15 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltung 1500, die in einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung umgesetzt sein kann. Die Schaltung 1500 kann konfiguriert sein, um als ein DC/DC-Wandler betrieben zu werden. DC/DC-Wandler können verwendet werden, um eine DC-Eingangsspannung Vin, die z.B. von einer Batterie bereitgestellt wird, in eine DC-Ausgangsspannung Vout zu wandeln, die auf die Nachfrage von z.B. nachgeschalteten elektronischen Schaltkreisen abgestimmt ist. DC/DC-Wandler können als Abwärtswandler, bei denen die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung ist, oder als Aufwärtswandler umgesetzt werden, bei denen die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung ist. Frequenzen von mehreren MHz oder mehr können auf die DC/DC-Wandler angewandt werden. Außerdem können Ströme von bis zu 100 A oder mehr durch die DC/DC-Wandler fließen.
  • Die Schaltung 1500 kann einen Eingang, an dem eine Eingangsspannung Vin angelegt werden kann, und einen Ausgang umfassen, an dem eine Ausgangsspannung Vout bereitgestellt werden kann. Außerdem kann die Schaltung 1500 einen Treiber- (oder Steuer-)Schaltkreis 46, einen ersten Leistungstransistor 48.1, einen zweiten Leistungstransistor 48.2, eine Spule 50 und einen Kondensator 52 umfassen, die so angeordnet werden können, wie in 15 dargestellt wird.
  • Der erste Leistungstransistor 48.1 und der zweite Leistungstransistor 48.2 können in Reihe geschaltet sein und können konfiguriert sein, um als Schalter S1 und S2 eines Halbbrückenschaltkreises betrieben zu werden, der zwischen den Knoten N1 und N2 angeordnet ist. Der Treiberschaltkreis 46 kann konfiguriert sein, um mindestens einen des ersten Leistungstransistors 48.1 und des zweiten Leistungstransistors 48.2 zu treiben. Insbesondere kann der Treiberschaltkreis 46 konfiguriert sein, die Gate-Elektroden der Leistungstransistoren 48.1 und 48.2 zu treiben, und somit kann darauf als Gate-Treiber Bezug genommen werden.
  • An den Knoten N1 und N2 können konstante elektrische Potentiale angelegt werden. Zum Beispiel kann an dem Knoten N1 ein hohes Potential wie zum Beispiel 10, 12, 18, 50, 110, 230, 500 oder 1000 V oder ein beliebiges anderes Potential angelegt werden und an dem Knoten N2 kann ein niedriges elektrisches Potential wie zum Beispiel 0 V angelegt werden. Die Schalter S1 und S2 können bei Frequenzen in dem Bereich von 1 kHz bis 100 MHz geschaltet werden, aber die Schaltfrequenzen können auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Dies bedeutet, dass während eines Betriebs der Halbbrücke an einem Knoten N3, der zwischen den Schaltern S1 und S2 angeordnet ist, ein variierendes elektrisches Potential angelegt werden kann. Das Potential des Knotens N3 kann in dem Bereich zwischen dem niedrigen und dem hohen elektrischen Potential variieren.
  • Alle Komponenten der Schaltung 1500 können in einem einzigen Gehäuse umgesetzt werden. Zum Beispiel kann die Schaltung 1500 in einer Vorrichtung umgesetzt werden, die ähnlich wie die Vorrichtung 400 der 4 ist, einschließlich eines Treiberchips und zweier Leistungstransistoren. Wieder Bezug nehmend auf 4, die nur einen Halbleiterchip zeigt, bedeutet dies, dass dort zwei zusätzliche Halbleiterchips 10 in der Vorrichtung 400 angeordnet werden können. Zum Beispiel können diese beiden zusätzlichen Chips in der Nähe des Halbleiterchips 10 angeordnet werden. Die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 kann über mindestens einem der Halbleiterchips angeordnet werden und kann mit dem ersten Leistungstransistor 48.1 und dem zweiten Leistungstransistor 48.2 elektrisch verbunden sein. Die Wicklungen der Spule 50 können mindestens teilweise durch eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Bei einem Beispiel kann auch der Kondensator 52 in den Metallisierungsschichten 12 gebildet werden. Bei einem weiteren Beispiel kann der Kondensator 52 als eine separate Einheit über den Metallisierungsschichten 12 gebildet werden, wie in 14 dargestellt wird.
  • Obwohl ein spezifisches Merkmal oder ein spezifischer Aspekt der Offenbarung, in Bezug auf nur eine von zahlreichen Umsetzungen offenbart werden konnte, kann dieses Merkmal oder dieser Aspekt mit einem oder mehreren Merkmalen oder Aspekten der anderen Umsetzungen kombiniert werden, wie es für beliebige gegebene oder spezielle Anwendungen erwünscht oder vorteilhaft sein kann. Des Weiteren sind die Begriffe „gehören“, „aufweisen“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon, soweit sie entweder in der Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, in ähnlicher Weise wie der Begriff „umfassen“ als einschließend zu verstehen. Außerdem hat der Begriff „beispielhaft“ lediglich die Bedeutung eines Beispiels und bedeutet nicht das Beste oder das Optimum. Es ist auch selbstverständlich, dass hier gezeigte Merkmale und/oder Elemente der Einfachheit halber und zum einfacheren Verständnis mit besonderen Abmessungen in Bezug zueinander dargestellt werden, und dass sich die wirklichen Abmessungen wesentlich von den hier dargestellten unterscheiden.
  • Obwohl hier spezifische Aspekte dargestellt und beschrieben wurden, versteht der Fachmann, dass eine Vielfalt an alternativen und/oder äquivalenten Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Aspekte ersetzen können, ohne vom Konzept der Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung ist so zu verstehen, dass sie alle Anpassungen und Variationen der hier erörterten spezifischen Aspekte abdeckt.

Claims (16)

  1. Vorrichtung, umfassend: einen Halbleiterchip (10); eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12), die über einer Hauptfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet sind; eine Vielzahl von zweiten ebenen Metallisierungsschichten (40), die neben einer Seitenfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet sind; und eine passive Komponente (16), umfassend: Wicklungen, wobei jede der Wicklungen in einer der Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) ausgebildet ist, und zweite Wicklungen, die mit den Wicklungen elektrisch gekoppelt sind, wobei jede der zweiten Wicklungen in einer der Vielzahl von zweiten ebenen Metallisierungsschichten (40) ausgebildet ist, wobei die zweiten Wicklungen den Halbleiterchip (10) umgeben.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die passive Komponente (16) mindestens eines einer Spule und eines Transformators umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklungen innerhalb eines Umrisses des Halbleiterchips (10) angeordnet sind, wenn dieser in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche betrachtet wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Wicklungen parallel zur Hauptfläche angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Höhe der passiven Komponente (16) in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche kleiner als 0,5 mm ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Vielzahl von Durchkontaktierungen (26), welche Wicklungen elektrisch miteinander koppeln, die in verschiedenen der Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) mit einer Elektrode des Halbleiterchips (10) elektrisch gekoppelt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) eine elektrische Kopplung zwischen einer Elektrode des Halbleiterchips (10) und einer Elektrode bereitstellt, die an einer Peripherie der Vorrichtung angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) in ein dielektrisches Material (24) eingebettet ist, wobei das dielektrische Material (24) in Kontakt mit der Hauptfläche und mit einer zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips (10) steht, die sich gegenüber der Hauptfläche befindet.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12), die über einer zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet ist, die sich gegenüber der Hauptfläche befindet.
  11. Vorrichtung, umfassend: einen Halbleiterchip (10); eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12), die über einer Hauptfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet ist; eine passive Komponente (16), die Wicklungen umfasst, wobei die Wicklungen mindestens teilweise durch die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) ausgebildet sind; und ein magnetisches Material (18), das von den Wicklungen umgeben ist, wobei das magnetische Material (18) eine Vielzahl von magnetischen Folien umfasst, die ein ferromagnetisches oder ferrimagnetisches Material umfassen, wobei jede der magnetischen Folien in einer der Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) angeordnet ist und von den Wicklungen umgeben ist, wobei die magnetischen Folien voneinander beabstandet sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jede der Wicklungen parallel zur Hauptfläche angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jede der Wicklungen senkrecht zur Hauptfläche angeordnet ist.
  14. Vorrichtung, umfassend: einen Halbleiterchip (10); eine Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12), die über einer Hauptfläche des Halbleiterchips (10) angeordnet sind; eine passive Komponente (16), die Wicklungen umfasst, wobei die Wicklungen mindestens teilweise durch die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) ausgebildet sind; und eine Metallstruktur (20), die zwischen dem Halbleiterchip (10) und der passiven Komponente (16) angeordnet ist, wobei die Metallstruktur (20) dazu ausgelegt ist, die elektromagnetischen Kopplungen zwischen dem Halbleiterchip (10) und der passiven Komponente (16) zu verringern, wobei die Metallstruktur (20) eine Vielzahl von Öffnungen (38) umfasst, die eine Form aufweisen, die dazu ausgelegt ist, um eine Induktion elektrischer Ströme in der Metallstruktur (20) während eines Betriebs der Vorrichtung zu verringern, wobei sich die Öffnungen (38) in einer radialen Richtung von einer Peripherie zu einem Mittelpunkt der Metallstruktur (20) erstrecken.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Metallstruktur (20) mindestens teilweise durch die Vielzahl von ebenen Metallisierungsschichten (12) ausgebildet wird.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Metallstruktur (20) geerdet ist.
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