DE102017123898A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen Download PDF

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Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement (1) angegeben, mit zumindest einen Halbleiterchip (2), einer Vorderseite (10) und einer der Vorderseite gegenüber liegenden Rückseite (11), einem Leiterrahmen (3) mit einem ersten Anschlussteil (31) und einem zweiten Anschlussteil (32) und mit einem Formkörper (4), der das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil mechanisch miteinander verbindet, wobei das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil in einer Draufsicht auf die Vorderseite nicht oder nicht wesentlich über den Formkörper hinaus ragen und jeweils an der Vorderseite und an der Rückseite für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips zugänglich sind.Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen angegeben.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen.
  • Bei Halbleiterbauelementen, beispielsweise für den Einsatz in der Sensorik, werden vermehrt besonders kompakte Bauformen gefordert, sowohl in Bezug auf die Grundfläche sowie auf die Bauteilhöhe senkrecht zur Grundfläche. Zudem sind für verschiedene Anwendungen unterschiedliche Arten der Befestigung der Bauelemente erforderlich.
  • Eine Aufgabe ist es, ein Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch eine kompakte Bauform auszeichnet und vielseitig einsetzbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem Halbleiterbauelemente einfach und zuverlässig in kompakter Form hergestellt werden können.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Es wird ein Halbleiterbauelement angegeben, beispielsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, das zur Erzeugung und/oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehen ist.
  • Das Halbleiterbauelement erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Vorderseite und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite. Insbesondere verlaufen die Vorderseite und die Rückseite zumindest stellenweise parallel zueinander. In lateraler Richtung ist das Halbleiterbauelement durch Seitenflächen begrenzt, welche die Vorderseite und die Rückseite miteinander verbinden. Die Seitenflächen verlaufen insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite und/oder zur Rückseite.
  • Das Halbleiterbauelement weist zumindest einen Halbleiterchip auf. Beispielsweise ist der Halbleiterchip zum Erzeugen und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich, vorgesehen. Beispielsweise ist der Halbleiterchip ein optoelektronischer Halbleiterchip, etwa ein Lumineszenzdioden-Halbleiterchip wie eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Fotodiode oder ein Fototransistor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Leiterrahmen mit einem ersten Anschlussteil und einem zweiten Anschlussteil auf. Der Leiterrahmen ist insbesondere selbsttragend ausgebildet. Beispielsweise ist der Leiterrahmen bei der Herstellung aus einem Metallblech gebildet, wobei das Metallblech auf einer oder auf beiden Seiten mit einer Beschichtung versehen sein kann.
  • Das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil sind insbesondere zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements vorgesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Formkörper auf. Der Formkörper enthält beispielsweise ein Kunststoffmaterial, etwa ein Epoxid oder ein Silikon. Der Formkörper ist insbesondere an den Leiterrahmen angeformt. An den Stellen, an denen der Formkörper an den Leiterrahmen angeformt ist, grenzt der Formkörper unmittelbar an den Leiterrahmen an. Insbesondere verbindet der Formkörper das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil mechanisch miteinander. Der Formkörper ist zweckmäßigerweise elektrisch isolierend ausgebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ragen das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil in einer Draufsicht auf einer Vorderseite des Halbleiterbauelements in lateraler Richtung nicht oder nicht wesentlich über den Formkörper hinaus. „Nicht wesentlich“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Anschlussteile jeweils um höchstens 10 µm in lateraler Richtung aus dem Formkörper heraus stehen.
  • Insbesondere überlappt eine für die elektrische Kontaktierung vorgesehene Außenfläche des ersten Anschlussteils beziehungsweise des zweiten Anschlussteils jeweils mit dem Formkörper. Mit anderen Worten weist das Halbleiterbauelement keine Kontaktbeinchen auf, die sich in lateraler Richtung aus dem Formkörper heraus erstrecken und die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements vorgesehen sind. Der Platzbedarf bei der Montage des Halbleiterbauelements auf einem Anschlussträger, etwa einer Leiterplatte, wird dadurch verringert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil an der Vorderseite des Halbleiterbauelements und an der Rückseite des Halbleiterbauelements für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements zugänglich. Das Halbleiterbauelement ist also von der Vorderseite oder von der Rückseite her extern elektrisch kontaktierbar. Insbesondere ist die Funktionsweise des Halbleiterbauelements unabhängig davon, ob das Halbleiterbauelement nur an der Vorderseite oder nur an der Rückseite elektrisch kontaktiert ist. Mit anderen Worten kann bei dem am Anschlussträger montierten Halbleiterbauelement entweder die Vorderseite oder die Rückseite dem Anschlussträger zugewandt sein. Das Halbleiterbauelement zeichnet sich dadurch hinsichtlich der Montierbarkeit durch eine besonders hohe Flexibilität aus.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip, eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, einen Leiterrahmen mit einem ersten Anschlussteil und einem zweiten Anschlussteil und einen Formkörper auf, wobei der Formkörper das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil mechanisch miteinander verbindet und wobei das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil in einer Draufsicht auf die Vorderseite des Halbleiterbauelements nicht oder nicht wesentlich über den Formkörper hinausragen. An der Vorderseite und an der Rückseite des Halbleiterbauelements sind das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements zugänglich.
  • Ein derartiges Halbleiterbauelement vereint einen geringen Platzbedarf bei der Montage auf einem Anschlussträger mit einer geringen erzielbaren Bauhöhe des Halbleiterbauelements und mit einer besonders hohen Flexibilität in der Montierbarkeit.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements schließen der Formkörper und der Leiterrahmen an einer das Halbleiterbauelement in lateraler Richtung begrenzenden Seitenfläche stellenweise bündig ab. Der Leiterrahmen erstreckt sich also in lateraler Richtung zumindest stellenweise bis zur Seitenfläche des Halbleiterbauelements, ragt über die Seitenfläche jedoch nicht oder zumindest nicht wesentlich hinaus. „Nicht wesentlich“ bedeutet beispielsweise eine Abweichung von höchstens 5 µm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements erstreckt sich der Leiterrahmen in einer senkrecht zur Rückseite des Halbleiterbauelements verlaufenden vertikalen Richtung zumindest durch 90 % der maximalen vertikalen Ausdehnung des Formkörpers hindurch. Insbesondere kann sich der Leiterrahmen in vertikaler Richtung auch vollständig durch den Formkörper hindurch erstrecken. Der Leiterrahmen muss sich jedoch nicht zwingend entlang einer vertikal verlaufenden Gerade durch den Formkörper hindurch erstrecken. Vielmehr kann der Leiterrahmen in einem Teilbereich die Vorderseite des Halbleiterbauelements und in einem lateral davon beabstandeten Teilbereich die Rückseite des Halbleiterbauelements bilden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements grenzt der Formkörper stellenweise unmittelbar an den Halbleiterchip an. Insbesondere kann der Formkörper auch an eine Verbindungsleitung, über die der Halbleiterchip mit einem der Anschlussteile, etwa dem zweiten Anschlussteil, elektrisch leitend verbunden ist, angrenzen.
  • Der Formkörper ist insbesondere stellenweise an den Halbleiterchip angeformt. Das bedeutet, der Formkörper folgt stellenweise der Außenform des Halbleiterchips. Bei dem Formkörper handelt es sich insbesondere nicht um ein vorgefertigtes Gehäuse, in das der Halbleiterchip platziert wird. Vielmehr entsteht der Formkörper bei der Herstellung des Halbleiterbauelements erst, nachdem der Halbleiterchip bereits am Leiterrahmen befestigt ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das erste Anschlussteil eine erste vorderseitige Kontaktfläche und eine erste rückseitige Kontaktfläche auf. Die erste vorderseitige Kontaktfläche und die erste rückseitige Kontaktfläche sind insbesondere über das erste Anschlussteil elektrisch leitend miteinander verbunden, sodass sich im Betrieb des Halbleiterbauelements die erste vorderseitige Kontaktfläche und die erste rückseitige Kontaktfläche auf demselben elektrischen Potenzial befinden. Die erste vorderseitige Kontaktfläche und die erste rückseitige Kontaktfläche verlaufen zum Beispiel parallel zueinander und sind durch verschiedene Teilbereiche des Leiterrahmens, insbesondere des ersten Anschlussteils gebildet.
  • Analog kann das zweite Anschlussteil eine zweite vorderseitige Kontaktfläche und eine zweite rückseitige Kontaktfläche aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die vorderseitige Kontaktfläche und eine Vorderseite des Formkörpers in demselben vertikalen Abstand oder im Wesentlichen in demselben vertikalen Abstand zur Rückseite des Halbleiterbauelements angeordnet. Mit anderen Worten befinden sich die Vorderseite des Formkörpers und die vorderseitige Kontaktfläche auf demselben Niveau oder zumindest im Wesentlichen auf demselben Niveau. Im Wesentlichen bedeutet hierbei insbesondere, dass sich die vertikalen Abstände um höchstens 10 µm voneinander unterscheiden. Insbesondere können die vorderseitige Kontaktfläche und die Vorderseite des Formkörpers, abgesehen von fertigungsbedingten geringen Abweichungen, bündig abschließen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist der Halbleiterchip auf dem ersten Anschlussteil angeordnet und über eine Verbindungsleitung mit dem zweiten Anschlussteil elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungsleitung ist beispielsweise in den Formkörper eingebettet. Der Formkörper kann also dem Schutz der Verbindungsleitung, etwa einer Drahtbondverbindung, vor mechanischer Beanspruchung dienen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das erste Anschlussteil einen Zentralbereich auf, auf dem der Halbleiterchip angeordnet ist. Beispielsweise ist der Halbleiterchip mit einem Verbindungsmittel, etwa einem Lot oder einem elektrisch leitfähigen Klebemittel, an dem ersten Anschlussteil befestigt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das erste Anschlussteil einen Fortsatz auf, der sich vom Zentralbereich weg erstreckt und die erste vorderseitige Kontaktfläche bildet. Der Fortsatz und das erste Anschlussteil sind insbesondere einstückig ausgebildet.
  • Insbesondere kann der Fortsatz zwischen dem Zentralbereich und der ersten vorderseitigen Kontaktfläche einen gebogenen Bereich des Leiterrahmens aufweisen. Mittels des gebogenen Bereichs kann der Leiterrahmen stellenweise die Vorderseite des Halbleiterbauelements und stellenweise die Rückseite des Halbleiterbauelements bilden, auch wenn der Formkörper eine größere vertikale Ausdehnung, also eine größere Dicke, aufweist als das Ausgangsmaterial des Leiterrahmens. Beispielsweise ist der Leiterrahmen so gebogen, dass die gesamte vertikale Ausdehnung des Leiterrahmens mindestens 1,5 Mal so groß und höchstens fünf Mal so groß ist wie die Dicke des Leiterrahmens an sich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist das erste Anschlussteil einen Kontaktstift auf, wobei der Kontaktstift die vorderseitige Kontaktfläche bildet und der Leiterrahmen im Bereich des Kontaktstifts eine größere vertikale Ausdehnung aufweist als im Zentralbereich. Beispielsweise entspricht die vertikale Ausdehnung im Bereich des Kontaktstifts der ursprünglichen vertikalen Ausdehnung, also der ursprünglichen Dicke des Metallblechs, aus dem der Leiterrahmen hervorgeht. Im Zentralbereich kann Material des ursprünglichen Leiterrahmens entfernt sein, etwa durch Ätzen. Das erste Anschlussteil kann im Zentralbereich deshalb Spuren eines Ätzverfahrens aufweisen. Auf die Ausbildung eines gebogenen Bereichs des Leiterrahmens kann in diesem Fall verzichtet werden.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen angegeben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem ein Leiterrahmen mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen bereitgestellt wird. Bei der späteren Vereinzelung des Leiterrahmens geht aus jedem Bauelementbereich des Leiterrahmens ein Leiterrahmen des Halbleiterbauelements hervor, insbesondere mit einem ersten Anschlussteil und einem zweiten Anschlussteil.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem zumindest ein Halbleiterchip in jedem Bauelementbereich des Leiterrahmens angeordnet und insbesondere befestigt wird, etwa mittels eines Verbindungsmittels.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Leiterrahmen mit einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds umhüllt wird, wobei der Leiterrahmen an einer Vorderseite des Formkörperverbunds und an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Formkörperverbunds für eine externe elektrische Kontaktierung zugänglich ist. Das Umhüllen des Leiterrahmens erfolgt insbesondere mittels eines Formverfahrens.
  • Unter einem Formverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet werden kann. Insbesondere umfasst der Begriff „Formverfahren“ Gießen (molding), Folien assistiertes Gießen (film assisted molding), Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding).
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Formkörperverbund in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt wird. Insbesondere weist jedes Halbleiterbauelement jeweils einen Formkörper als Teil des Formkörperverbunds, zumindest einen Halbleiterchip und einen Leiterrahmen mit einem ersten Anschlussteil und einem zweiten Anschlussteil auf.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Leiterrahmen mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen bereitgestellt und zumindest ein Halbleiterchip in jedem Bauelementbereich des Leiterrahmens angeordnet. Der Leiterrahmen wird mit einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds umhüllt, wobei der Leiterrahmen an einer Vorderseite des Formkörperverbunds und an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Formkörperverbunds für eine externe elektrische Kontaktierung zugänglich ist. Der Formkörperverbund wird in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen vereinzelt.
  • Das beschriebene Verfahren erfolgt zweckmäßigerweise in der Reihenfolge der obigen Aufzählung. Insbesondere kann das Umhüllen des Leiterrahmens erfolgen, nachdem die Halbleiterchips bereits an dem Leiterrahmen befestigt sind.
  • Beim Vereinzeln des Formkörperverbunds wird insbesondere auch der Leiterrahmen zwischen benachbarten Bauelementbereichen durchtrennt. Das Vereinzeln erfolgt beispielsweise mechanisch, etwa mittels Sägens, chemisch, etwa mittels Ätzens, oder mittels kohärenter Strahlung, etwa in einem Lasertrennverfahren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Leiterrahmen vor dem Umhüllen des Leiterrahmens mit der Formmasse stellenweise gebogen. Insbesondere erfolgt das Biegen derart, dass erste Teilbereiche des Leiterrahmens in einer ersten Ebene und zweite Teilbereiche des Leiterrahmens in einer parallel zur ersten Ebene verlaufenden und von der ersten Ebene beabstandeten zweiten Ebene verlaufen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Umhüllen des Leiterrahmens der Leiterrahmen in eine Form mit einem Oberteil und einem Unterteil eingebracht, wobei das Oberteil Erhebungen aufweist, mit denen der Leiterrahmen stellenweise gegen das Unterteil gedrückt wird. Insbesondere kann mittels einer Erhebung des Oberteils eine Vorderseite des Halbleiterchips abgedeckt werden, sodass die Vorderseite des Halbleiterchips zumindest stellenweise nicht mit der Formmasse bedeckt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Unterteil weitere Erhebungen auf, mit denen der Leiterrahmen stellenweise gegen das Oberteil der Form gedrückt wird. Bereiche des Leiterrahmens, die unmittelbar an das Oberteil angrenzen, bleiben frei von der Formmasse.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Leiterrahmen Verbinder auf, über die benachbarte Bauelemente miteinander verbunden sind. Insbesondere können zumindest einige der Erhebungen und/oder der weiteren Erhebungen gegen die Verbinder drücken. Beim Vereinzeln können die Verbinder durchtrennt werden, sodass die Verbinder in den fertiggestellten Halbleiterbauelementen nicht mehr oder nur noch zum Teil vorhanden sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind einige der Verbinder als Querverbinder ausgebildet, wobei die Querverbinder schräg, etwa windschief, zur Rückseite des Formkörperverbunds verlaufen. Insbesondere verbinden die Querverbinder in der ersten Ebene verlaufende Teilbereiche des Leiterrahmens mit in der zweiten Ebene verlaufenden Teilbereichen des Leiterrahmens mechanisch miteinander.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Verbinder beim Vereinzeln des Formkörperverbunds durchtrennt. Insbesondere können Vereinzelungslinien, entlang derer die Vereinzelung erfolgt, auch so verlaufen, dass zumindest einige der Verbinder an zwei voneinander beabstandeten Stellen durchtrennt werden.
  • Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement angeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
  • Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
  • Es zeigen:
    • 1A, 1B und 1C ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement, wobei die 1A eine Draufsicht mit zugehörigen Seitenansichten unter Weglassung des Formkörpers zeigt, 1B eine Draufsicht und eine zugehörige Seitenansicht des Halbleiterbauelements darstellt und 1C eine Schnittansicht des Halbleiterbauelements entlang der in 1B gezeigten Linie AA' ist;
    • 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Draufsicht und zugehörigen Seitenansichten unter Weglassung des Formkörpers in 2A und in einer schematischen Draufsicht in 2B; und
    • 3A bis 3F ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wobei die 3A und 3D schematische Darstellungen in Draufsicht zu verschiedenen Stadien des Verfahrens zeigen, die 3B und 3C schematische Darstellungen eines Unterteils beziehungsweise eines Oberteils einer Form veranschaulichen und die 3E und 3F eine schematische Draufsicht beziehungsweise eine schematische Rückansicht des hergestellten Halbleiterbauelements sind.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
  • In den 1A bis 1C ist ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement gezeigt, wobei in der 1A zur verbesserten Darstellbarkeit der Formkörper des Halbleiterbauelements 1 nicht gezeigt ist.
  • Das Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterchip 2 auf, beispielsweise einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zum Empfangen und/oder zum Erzeugen von Strahlung eingerichtet ist.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin einen Leiterrahmen 3 mit einem ersten Anschlussteil 31 und einem zweiten Anschlussteil 32. Das Halbleiterbauelement 1 erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen einer Vorderseite 10 und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite 11. In lateraler Richtung ist das Halbleiterbauelement 1 durch Seitenflächen 15 begrenzt.
  • Die Vorderseite, die Rückseite und die Seitenfläche des Halbleiterbauelements sind jeweils stellenweise durch den Formkörper 4 und stellenweise durch den Leiterrahmen 3 gebildet. Auf dem ersten Anschlussteil 31 ist der Halbleiterchip 2 angeordnet. Das erste Anschlussteil 31 ragt in Draufsicht auf die Vorderseite des Halbleiterbauelements nicht über den Formkörper 4 hinaus. An der Vorderseite 10 des Halbleiterbauelements und an der Rückseite 11 des Halbleiterbauelements sind eine erste vorderseitige Kontaktfläche 310 beziehungsweise eine erste rückseitige Kontaktfläche 311 für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 2 zugänglich.
  • Entsprechend weist das zweite Anschlussteil 32 eine zweite vorderseitige Kontaktfläche 320 an der Vorderseite 10 und eine zweite rückseitige Kontaktfläche 321 an der Rückseite 11 des Halbleiterbauelements 1 auf. Der Halbleiterchip 2 ist entweder über die erste vorderseitige Kontaktfläche 310 und die zweite vorderseitige Kontaktfläche 320 oder über die erste rückseitige Kontaktfläche 311 und die zweite rückseitige Kontaktfläche 321 extern elektrisch kontaktierbar, sodass das Halbleiterbauelement 1 sowohl mit der Vorderseite 10 als auch mit der Rückseite 11 an einem Anschlussträger befestigt werden kann. Es kann also entweder die Vorderseite oder die Rückseite des Halbleiterbauelements dem Anschlussträger zugewandt sein.
  • Der Formkörper 4 verbindet das erste Anschlussteil 31 und das zweite Anschlussteil 32 mechanisch stabil miteinander. Der Formkörper 4 ist weiterhin an den Halbleiterchip 2 stellenweise angeformt. Eine Verbindungsleitung 25, über die der Halbleiterchip 2 mit dem zweiten Anschlussteil 32 elektrisch leitend verbunden ist, ist in den Formkörper 4 eingebettet. Der Formkörper 4 weist eine Ausnehmung 45 auf, in der eine Vorderseite 20 des Halbleiterchips freiliegt.
  • Das erste Anschlussteil 31 weist einen Zentralbereich 315 auf, in dem der Halbleiterchip 2 an dem ersten Anschlussteil befestigt ist. Von dem Zentralbereich 315 erstreckt sich ein Fortsatz 316 weg, wobei der Fortsatz 316 die erste vorderseitige Kontaktfläche 310 bildet. Zwischen der ersten vorderseitigen Kontaktfläche 310 und dem Zentralbereich 315 weist der Fortsatz 316 einen gebogenen Bereich 317 auf. Im gebogenen Bereich 317 verläuft der Leiterrahmen 3 nicht parallel zur Rückseite 11 des Halbleiterbauelements 1. Mittels des gebogenen Bereichs 317 kann die maximale vertikale Ausdehnung H des Leiterrahmens 3 größer sein als die Dicke d des Ausgangsmaterials des Leiterrahmens 3. Im Bereich des Zentralbereichs 315 kann die Dicke des Leiterrahmens 3 der ursprünglichen Dicke des Leiterrahmens entsprechen. Beispielsweise beträgt die gesamte vertikale Ausdehnung des Leiterrahmens zwischen dem einschließlich 1,5-Fachen und dem einschließlich Fünffachen der Dicke des Leiterrahmens im Bereich des Zentralbereichs.
  • Die maximale vertikale Ausdehnung H entspricht der Bauteilhöhe oder weicht zumindest um höchstens 10 % von der Bauteilhöhe des Halbleiterbauelements 1 ab. Insbesondere erstreckt sich der Leiterrahmen 3 in vertikaler Richtung zumindest durch 90 % der maximalen vertikalen Ausdehnung des Formkörpers 4 oder vollständig durch den Formkörper hindurch.
  • Die Vorderseite 40 des Formkörpers 4 und der Leiterrahmen 3 bilden stellenweise die Vorderseite 10 des Halbleiterbauelements 1. Die Rückseite 41 des Formkörpers und der Leiterrahmen 3, insbesondere die rückseitigen Kontaktflächen des Leiterrahmens, bilden die Rückseite 11 des Halbleiterbauelements 1.
  • Der Leiterrahmen 3, insbesondere das erste Anschlussteil 31 und das zweite Anschlussteil 32, weisen stellenweise Einbuchtungen 35 auf. Die Einbuchtungen 35 sind mit dem Formkörper 4 befüllt und bewirken eine verbesserte Verzahnung zwischen dem Formkörper 4 und dem Leiterrahmen 3.
  • An den Seitenflächen 15 des Halbleiterbauelements 1 schließen der Leiterrahmen 3 und der Formkörper 4 stellenweise bündig ab.
  • Selbstverständlich kann die Zahl der ersten Kontaktflächen und zweiten Kontaktflächen an der Vorderseite und der Rückseite des Halbleiterbauelements 1 in weiten Grenzen variiert werden. Weiterhin kann bei einem Halbleiterbauelement, bei dem der Halbleiterchip 2 nicht zum Erzeugen oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, auch auf die Ausnehmung 45 des Formkörpers 4 verzichtet werden, sodass der Halbleiterchip 2 vollständig in den Formkörper 4 eingebettet ist.
  • Der Formkörper 4 kann für die im Halbleiterchip 2 zu erzeugende oder zu empfangende Strahlung undurchlässig sein. Beispielsweise ist der Formkörper reflektierend, etwa mit einer Reflektivität von mindestens 55 %, oder absorbierend, etwa mit einer Absorption von mindestens 55 % für auftreffende Strahlung ausgebildet.
  • Zweckmäßigerweise die maximale vertikale Ausdehnung H des Leiterrahmens mindestens so groß wie die Summe aus Dicke des Leiterrahmens d, Dicke des Halbleiterchips 2, einschließlich Verbindungsmittel, mit dem der Halbleiterchip am ersten Anschlussteil 31 befestigt ist, und der maximalen vertikalen Ausdehnung der Verbindungsleitung 25, sodass die Verbindungsleitung in den Formkörper 4 eingebettet ist. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements kann der Leiterrahmen 3 allein durch mechanische Verfahren, beispielsweise umfassend Stanzen, Prägen und/oder Biegen, aus einem ebenen Metallblech geformt werden.
  • Ein durch mechanische Verfahren hergestellter Leiterrahmen kann sich außerhalb der gebogenen Bereiche 317 durch eine hohe Planarität und Oberflächenqualität auszeichnen. Die Befestigung des Halbleiterchips 2 sowie die Ausbildung einer Verbindungsleitung in Form einer Drahtbond-Verbindung werden so vereinfacht.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1 ist in den 2A und 2B schematisch gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1C beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Im Unterschied hierzu sind die ersten vorderseitigen Kontaktflächen 310 sowie die zweiten vorderseitigen Kontaktflächen 320 jeweils durch Kontaktstifte 318 gebildet. Im Bereich der Kontaktstifte 318 weist der Leiterrahmen 3 eine größere vertikale Ausdehnung auf als im Zentralbereich 315, in dem der Halbleiterchip 2 befestigt ist.
  • Insbesondere kann der Leiterrahmen 3 im Bereich der Kontaktstifte 318 die ursprüngliche vertikale Ausdehnung des Metallblechs für den Leiterrahmen aufweisen. Die Dicke d des Leiterrahmens 3 und die maximale vertikale Ausdehnung H des Leiterrahmens sind also gleich.
  • In den übrigen Bereichen des Leiterrahmens 3, insbesondere im Zentralbereich 315, kann Material des Leiterrahmens beispielsweise durch Ätzen entfernt sein. Im Zentralbereich 315 kann der Leiterrahmen daher Ätzspuren aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Leiterrahmen auch ausschließlich durch chemische Prozesse geformt werden.
  • Selbstverständlich kann auch eine Kombination aus mechanischen und chemischen Prozessen Anwendung finden.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen wird anhand der 3A bis 3F beschrieben. Exemplarisch erfolgt die Beschreibung anhand von Halbleiterbauelementen, die wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1C beschrieben ausgebildet sind.
  • Wie in 3A dargestellt, wird ein Leiterrahmen 3 bereitgestellt, wobei der Leiterrahmen 3 eine Mehrzahl von Bauelementbereichen 39 aufweist, welche matrixförmig in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet sind. In 3A ist ein Ausschnitt mit 3 x 3 = 9 Bauelementbereichen 39 gezeigt. Die Bauelementbereiche 39 weisen jeweils ein erstes Anschlussteil 31 und ein zweites Anschlussteil 32 des Leiterrahmens auf, wobei diese wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1C beschrieben ausgebildet sein können.
  • Benachbarte Bauelementbereiche 39 sind über Verbinder 37 mechanisch miteinander verbunden. Einige der Verbinder verbinden Bauelementbereiche, die sich in derselben Ebene befinden. Querverbinder 371 verbinden Teilbereiche des Leiterrahmens 3 miteinander, welche sich auf unterschiedlichen Ebenen befinden. Entsprechend verlaufen die Querverbinder schräg zu diesen Ebenen.
  • Zumindest einige der Erhebungen 4701 und der weiteren Erhebungen 4710 drücken gegen die Verbinder 37. Dadurch kann auf einfache Weise erzielt werden, dass der Leiterrahmen an Stellen angedrückt wird, die im späteren Halbleiterbauelement nicht vorhanden sind.
  • Auf den Leiterrahmen 3, insbesondere auf das erste Anschlussteil 31 eines jeden Bauelementbereichs 39, wird ein Halbleiterchip 2 angeordnet. Die elektrisch leitende Verbindung mit dem zweiten Anschlussteil 32 erfolgt über eine Verbindungsleitung 25.
  • Nachfolgend wird der Leiterrahmen zur Ausbildung eines Formkörperverbunds 49 mit einer Formmasse umhüllt. Hierfür eignet sich ein Formverfahren.
  • In den 3B und 3C sind Ausschnitt eines Unterteils 471 beziehungsweise eines Oberteils 470 einer Form 47 gezeigt. Das Oberteil 470 weist Erhebungen 4701 auf. Diese Erhebungen drücken den Leiterrahmen 3 stellenweise gegen das Unterteil 471 der Form. Eine der Erhebungen 4701 drückt hierbei gegen die Vorderseite des Halbleiterchips 2, sodass die Vorderseite des Halbleiterchips 2 zumindest stellenweise nicht von der Formmasse bedeckt wird.
  • Analog weist das Unterteil 471 der Form 47 weitere Erhebungen 4710 auf, mit denen der Leiterrahmen 3 gegen das Oberteil 470 der Form 47 gedrückt wird. An den Stellen, an denen der Leiterrahmen gegen das Oberteil 470 gedrückt wird, bleibt der Leiterrahmen 3 frei von der Formmasse. In diesen Bereichen ist der Leiterrahmen für eine spätere elektrische Kontaktierung an der Vorderseite des herzustellenden Halbleiterbauelements zugänglich.
  • Nachfolgend kann, wie in 3D dargestellt, eine Vereinzelung des Formkörperverbunds 49 entlang von Vereinzelungslinien 7 erfolgen. Zwischen benachbarten Bauelementbereichen 39 können, wie in 3D gezeigt, auch mehr als eine Vereinzelungslinie, beispielsweise zwei Vereinzelungslinien, verlaufen. Dadurch können die Verbinder 37 und insbesondere auch die Querverbinder 371 größtenteils entfernt werden. Die Seitenflächen des herzustellenden Halbleiterbauelements 15 entstehen bei der Vereinzelung und können daher für das Vereinzelungsverfahren charakteristische Spuren aufweisen, etwa Sägespuren oder Spuren eines chemischen Materialabtrags oder eines Materialabtrags durch kohärente Strahlung.
  • Die 3E und 3F zeigen jeweils ein vereinzeltes Halbleiterbauelement 1 in einer Draufsicht auf die Vorderseite 10 des Halbleiterbauelements in 3E und in einer Draufsicht auf die Rückseite des Halbleiterbauelements in 3F.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache und zuverlässige Weise Halbleiterbauelemente hergestellt werden, die sich durch eine kompakte Bauform sowohl in Bezug auf den Platzbedarf in lateraler Richtung als auch in Bezug auf die Bauteilhöhe auszeichnen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterbauelement
    10
    Vorderseite des Halbleiterbauelements
    11
    Rückseite des Halbleiterbauelements
    15
    Seitenfläche des Halbleiterbauelements
    2
    Halbleiterchip
    20
    Vorderseite des Halbleiterchips
    25
    Verbindungsleitung
    3
    Leiterrahmen
    31
    erstes Anschlussteil
    310
    erste vorderseitige Kontaktfläche
    311
    erste rückseitige Kontaktfläche
    315
    Zentralbereich
    316
    Fortsatz
    317
    gebogener Bereich
    318
    Kontaktstift
    32
    zweiter Anschlussteil
    320
    zweite vorderseitige Kontaktfläche
    321
    zweite rückseitige Kontaktfläche
    35
    Einbuchtung
    37
    Verbinder
    371
    Querverbinder
    39
    Bauelementbereich
    4
    Formkörper
    40
    Vorderseite des Formkörpers
    41
    Rückseite des Formkörpers
    45
    Ausnehmung
    47
    Form
    470
    Oberteil der Form
    4701
    Erhebung
    471
    Unterteil der Form
    4710
    weitere Erhebung
    49
    Formkörperverbund
    7
    Vereinzelungslinie
    d
    Dicke des Leiterrahmens
    H
    maximale vertikale Ausdehnung des Leiterrahmens

Claims (18)

  1. Halbleiterbauelement (1) mit zumindest einen Halbleiterchip (2), einer Vorderseite (10) und einer der Vorderseite gegenüber liegenden Rückseite (11), einem Leiterrahmen (3) mit einem ersten Anschlussteil (31) und einem zweiten Anschlussteil (32) und mit einem Formkörper (4), der das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil mechanisch miteinander verbindet, wobei das erste Anschlussteil und das zweite Anschlussteil in einer Draufsicht auf die Vorderseite nicht oder nicht wesentlich über den Formkörper hinaus ragen und jeweils an der Vorderseite und an der Rückseite für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements zugänglich sind.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Formkörper und der Leiterrahmen an einer das Halbleiterbauelement in lateraler Richtung begrenzenden Seitenfläche (15) stellenweise bündig abschließen.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Leiterrahmen in einer senkrecht zur Rückseite des Halbleiterbauelements verlaufenden vertikalen Richtung zumindest durch 90% der maximalen vertikalen Ausdehnung des Formkörpers hindurch erstreckt.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Formkörper stellenweise unmittelbar an den Halbleiterchip angrenzt.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Anschlussteil eine erste vorderseitige Kontaktfläche (310) und eine erste rückseitige Kontaktfläche (311) aufweist.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei die vorderseitige Kontaktfläche und eine Vorderseite des Formkörpers in demselben vertikalen Abstand oder im Wesentlichen in demselben vertikalen Abstand zur Rückseite des Halbleiterbauelements angeordnet sind.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Halbleiterchip auf dem ersten Anschlussteil angeordnet und über eine Verbindungsleitung (25) mit dem zweiten Anschlussteil elektrisch leitend verbunden ist und wobei die Verbindungsleitung in den Formkörper eingebettet ist.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Anschlussteil einen Zentralbereich (315) aufweist, auf dem der Halbleiterchip angeordnet ist, und wobei ein Fortsatz (316), der sich vom Zentralbereich weg erstreckt, die erste vorderseitige Kontaktfläche bildet.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei der Fortsatz zwischen dem Zentralbereich und der ersten vorderseitigen Kontaktfläche einen gebogenen Bereich (317) des Leiterrahmens aufweist.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Anschlussteil einen Zentralbereich (315), auf dem Halbleiterchip angeordnet ist, und einen Kontaktstift (318) aufweist, wobei der Kontaktstift die vorderseitige Kontaktfläche bildet und der Leiterrahmen im Bereich des Kontaktstifts eine größere vertikale Ausdehnung aufweist als im Zentralbereich.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Leiterrahmens (3) mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen (39); b) Anordnen von zumindest einem Halbleiterchip (2) in jedem Bauelementbereich des Leiterrahmens; c) Umhüllen des Leiterrahmens mit einer Formmasse zur Ausbildung eines Formkörperverbunds (49), wobei der Leiterrahmen an einer Vorderseite des Formkörperverbunds und an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Formkörperverbunds für eine externe elektrische Kontaktierung zugänglich ist; und d) Vereinzeln des Formkörperverbunds in die Mehrzahl von Halbleiterbauelementen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Leiterrahmen vor Schritt c) stellenweise gebogen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Leiterrahmen in Schritt c) in eine Form (47) mit einem Oberteil (470) und einem Unterteil (471) eingebracht wird, wobei das Oberteil Erhebungen (4701) aufweist, mit denen der Leiterrahmen stellenweise gegen das Unterteil gedrückt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Unterteil weitere Erhebungen (4710) aufweist, mit denen der Leiterrahmen stellenweise gegen das Oberteil gedrückt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Leiterrahmen Verbinder (37) aufweist, über die benachbarte Bauelementbereiche miteinander verbunden sind, und wobei zumindest einige der Erhebungen gegen die Verbinder drücken.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei einige der Verbinder als Querverbinder (371) ausgebildet sind, die schräg zur Rückseite des Formkörperverbunds verlaufen.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Verbinder in Schritt d) durchtrennt werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei ein Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wird.
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