DE102017202578B4 - Halbleitervorrichtung, die eine Antenne enthält, und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung, die eine Antenne enthält, und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Halbleitervorrichtung, die aufweist:einen Halbleiterchip (502);ein Guss-Einkapselungsmaterial (506), das den Halbleiterchip seitlich umgibt;eine Umverteilungsschicht (512) auf einer ersten Seite des Halbleiterchips, wobei die Umverteilungsschicht mit dem Halbleiterchip elektrisch gekoppelt ist;eine Dielektrikumschicht (526) bestehend aus einem Laminat;eine leitfähige Schicht (514) zwischen der Dielektrikumschicht und dem Halbleiterchip, wobei die leitfähige Schicht an der Dielektrikumschicht gebildet ist;eine Chipbefestigungsfolie (516), mittels welcher die leitfähige Schicht (514) an dem Guss-Einkapselungsmaterial (506) und an einer zweiten Seite des Halbleiterchips gegenüber der ersten Seite befestigt ist; undeine Antenne (518) auf der Dielektrikumschicht,wobei die Dielektrikumschicht zwischen der Antenne und dem Halbleiterchip ist.

Description

  • Ein Typ eines Gehäuses einer Halbleitervorrichtung ist ein „Embedded Wafer Level Ball Grid Array“-Gehäuse (eWLB-Gehäuse). Ein eWLB-Gehäuse stellt einen Fan-out-Bereich bereit, um mehr Raum für eine Verdrahtungswegführung im Vergleich zu Halbleitervorrichtungsgehäusen ohne einen Fan-out-Bereich bereitzustellen. Für Millimeterwellenanwendungen werden Antennen verwendet, um Hochfrequenz-Signale (HF-Signale) zu empfangen. Die Antennen können auf einer Leiterplatte integriert sein, auf der ein HF-Halbleiterchip angebracht ist. Das Integrieren von Antennen auf einer Leiterplatte kann aufwändig sein.
  • US 2015 / 0 194 388 A1 und US 2014 / 0 168 014 A1 beschreiben Halbleitervorrichtungen, die aus einem in einem Gusskörper untergebrachten Halbleiterchip mit einer darüber angeordneten, eine Antenne enthaltenden Laminatstruktur bestehen.
  • US 2014 / 0 110 841 A1 beschreibt ein Halbleiter-Package mit einem Substrat, in welchem ein Chip untergebracht ist. In dem Substrat ist ferner eine über Vias mit dem Chip verbundene Antennenstruktur enthalten.
  • WO 2015 / 088 486 A1 und US 2015 / 0 340 765 A1 offenbaren Antennen, die auf einem Keramik- bzw. Glassubstrat angebracht sind und über geeignete Verbindungen (Lotverbindungen bzw. Verklebungen) mit einem Halbleiter-Package bzw. einem Chip verbunden sind.
  • US 2009 / 0 322 643 A1 beschreibt ein im Millimeterwellenbereich arbeitendes Kommunikationssystem, welches einen RF Chip aufweist, der in einem Mehrschicht-Gehäuse untergebracht ist. In dem Mehrschicht-Gehäuse ist ferner eine Antenne für Millimeterwellenstrahlung integriert.
    US 2013 / 0 292 808 A1 beschreibt ein Halbleitergehäuse, das ein Substrat mit einem darauf angebrachten Halbleiterchip sowie eine elektromagnetische Interferenzabschirmung zwischen einer auf einem Dielektrikum angebrachten Antenne und dem Halbleiterchip aufweist.
  • Eine Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, eine einfach aufgebaute Halbleitervorrichtung für HF-Anwendungen zu schaffen. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleitervorrichtung anzugeben.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung enthält einen Halbleiterchip und ein Guss-Einkapselungsmaterial, das den Halbleiterchip seitlich umgibt, sowie eine Umverteilungsschicht auf einer ersten Seite des Halbleiterchips. Die Umverteilungsschicht ist mit dem Halbleiterchip elektrisch gekoppelt. Die Halbleitervorrichtung enthält eine Dielektrikumschicht bestehend aus einem Laminat, eine leitfähige Schicht zwischen der Dielektrikumschicht und dem Halbleiterchip, wobei die leitfähige Schicht an der Dielektrikumschicht gebildet ist, und eine Antenne auf der Dielektrikumschicht. Die Dielektrikumschicht befindet sich zwischen der Antenne und dem Halbleiterchip. Mittels einer Chipbefestigungsfolie ist die leitfähige Schicht an dem Guss-Einkapselungsmaterial und an einer zweiten Seite des Halbleiterchips gegenüber der ersten Seite befestigt.
    • 1A ist eine Querschnittsansicht, die ein nicht beanspruchtes Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • 1B ist eine Draufsicht des in 1A gezeigten Beispiels einer Halbleitervorrichtung.
    • 2A ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres nicht beanspruchtes Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • 2B ist eine Draufsicht des in 2A gezeigten weiteren Beispiels einer Halbleitervorrichtung.
    • 3A ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres nicht beanspruchtes Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • 3B ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres nicht beanspruchtes Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres nicht beanspruchtes Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • 6A-6D sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der in 5 dargestellten Halbleitervorrichtung darstellen.
    • 7A-7F stellen Beispielantennenstrukturen dar.
  • In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen durch Darstellung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Offenbarung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht ist richtungsangebende Terminologie wie z.B. „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorangehend“, „nachfolgend“ usw. mit Bezug auf die Orientierung der Figur(en), die beschrieben werden, verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl unterschiedlicher Orientierungen positioniert sein können, wird die richtungsangebende Terminologie zum Zweck der Darstellung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung soll deshalb nicht ein einem einschränkenden Sinn verstanden werden.
  • Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, mit einander kombiniert sein können, solange nicht spezifisch anders angegeben.
  • Wie hier verwendet soll der Begriff „elektrisch gekoppelt“ nicht bedeuten, dass er bedeutet, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen und dazwischenliegende Elemente zwischen den „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorgesehen sein können. „Elektrisch gekoppelte“ Elemente weisen einen metallische oder anderen elektrisch leitfähigen Materialpfad zwischen den „elektrisch gekoppelten“ Elementen auf, so dass ein Strom von einem Element zu dem anderen Element fließen kann.
  • Wie hier verwendet sind „elektromagnetisch gekoppelte“ Elemente durch ein elektromagnetisches Feld gekoppelt, ohne einen metallischen oder anderen elektrisch leitfähigen Materialpfad zwischen den „elektromagnetisch gekoppelten“ Elementen, so dass kein Strom von einem Element zu dem anderen Element fließen kann.
  • 1A ist eine Querschnittsansicht und 1B ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 darstellen. Die Halbleitervorrichtung 100 ist eine „Embedded Wafer Level Ball Grid Array“-Halbleitervorrichtung (eWLB-Halbleitervorrichtung). Die Halbleitervorrichtung 100 enthält einen Halbleiterchip 102, ein Einkapselungsmaterial 106 (z.B. eine Gussverbindung, ein Polymer, eine Epoxidharz, BT, oder ein Kohlenwasserstoff/Keramik-Laminat), eine Umverteilungsschicht (Umverdrahtungsschicht) 112, eine leitfähige Schicht 114 (z.B. Erdungsplatte, Reflektor oder Abschirmung), Dielektrikumschichten 108, 110 und 126, Patch-Antennen 118 zum Senden von HF-Signalen, Patch-Antennen 130 zum Empfangen von HF-Signalen und Lötstellen 128. In einem Beispiel ist der Halbleiterchip 102 ein Hochfrequenz-Halbleiterchip (HF-Halbleiterchip) für eine Millimeterwellenanwendung, wie z.B. Erfassung von Gesten bei 60 GHz oder eine andere geeignete Anwendung.
  • Eine Vorderseite (d.h. aktive Seite) des Halbleiterchips 102 enthält Kontakte 104. Kontakte 104 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. Der Halbleiterchip 102 ist seitlich durch Einkapselungsmaterial 106 umgeben, wie z.B. eine Gussverbindung (Gussverbindungsmaterial) oder ein anderes geeignetes Einkapselungsmaterial, das einen Fan-out-Bereich für elektrische Verbindungen mit dem Halbleiterchip 102 bereitstellt. Die Oberseite der Dielektrikumschicht 108 kontaktiert die Unterseite des Einkapselungsmaterials 106 und die Vorderseite des Halbleiterchips 102. Die Unterseite der Dielektrikumschicht 108 kontaktiert die Oberseite der Dielektrikumschicht 110. In einem Beispiel kann jede Dielektrikumschicht 108 und 110 aus SiO2, Si3N4 oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Umverteilungsschicht 112 ist auf den und/oder innerhalb der Dielektrikumschichten 108 und 110 gebildet. Die Umverteilungsschicht 112 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. Die Umverteilungsschicht 112 koppelt die Kontakte 104 mit der leitfähigen Schicht 114, den Lötstellen 128 und den Patch-Antennen 118 und 130.
  • Die Unterseite der leitfähigen Schicht 114 kontaktiert die Rückseite des Halbleiterchips 102 und die Oberseite des Einkapselungsmaterials 106. In einem Beispiel bedeckt die leitfähige Schicht 114 den Halbleiterchip 102 und das Einkapselungsmaterial 106, außer dort, wo sich elektrische Verbindungen zu den Patch-Antennen 118 und 130 durch die leitfähige Schicht 114 erstrecken. Die leitfähige Schicht 114 ist mit der Umverteilungsschicht 112 über Durchkontaktierungen 116, die sich durch das Einkapselungsmaterial 106 erstrecken, elektrisch gekoppelt. Die leitfähige Schicht 114 und die Durchkontaktierungen 116 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen.
  • Die Unterseite der Dielektrikumschicht 126 kontaktiert die Oberseite der leitfähigen Schicht 114. In einem Beispiel kann die Dielektrikumschicht 126 aus einem Laminat, einem Einkapselungsmaterial, einem Imidmaterial oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Ein Erdleiter 115 und die Patch-Antennen 118 und 130 kontaktieren die Oberseite der Dielektrikumschicht 126. Der Erdleiter 115 ist mit der leitfähigen Schicht 114 über Durchkontaktierungen 117 (eine Durchkontaktierung 117 ist in 1A sichtbar), die sich durch die Dielektrikumschicht 126 erstrecken, elektrisch gekoppelt. Jede Patch-Antenne 118 ist mit der Umverteilungsschicht 112 über eine Durchkontaktierung 120, die sich durch das Einkapselungsmaterial 106 erstreckt, eine leitfähige Kontaktstelle 121 auf der Oberseite des Einkapselungsmaterials 106, eine Durchkontaktierung 122, die sich durch die Dielektrikumschicht 126 erstreckt, und eine leitfähige Kontaktstelle 124 und eine Leiterbahn 125 auf der Oberseite der Dielektrikumschicht 126 elektrisch gekoppelt. Jede Patch-Antenne 130 ist mit der Umverteilungsschicht 112 über eine Durchkontaktierung durch das Einkapselungsmaterial 106 (nicht gezeigt), eine leitfähige Kontaktstelle auf der Oberseite des Einkapselungsmaterials 106 (nicht gezeigt), eine Durchkontaktierung durch die Dielektrikumschicht 126 (nicht gezeigt) und eine leitfähige Kontaktstelle 132 und eine Leiterbahn 133 auf der Oberseite der Dielektrikumschicht 126 elektrisch gekoppelt. In einem Beispiel können die Durchkontaktierungen 120 und 122, die leitfähigen Kontaktstellen 121, 124 und 132, die Leiterbahnen 125 und 133 und die Patch-Antennen 118 und 130 aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. Jede Durchkontaktierung 116, 120 und 122 kann von rechteckiger Form mit Abmessungen (Länge mal Breite mal Höhe) zwischen 50µm mal 10µm mal 50µm und 150µm mal 10µm mal 450µm sein. Jede Durchkontaktierung 116, 120, 122 kann unter Verwendung eines Photolithographie-, Ätz- und Abscheidungsprozesses, eines Laserbohr- und Abscheidungsprozesses, oder eines anderen geeigneten Prozesses gebildet sein.
  • Wie in 1B gezeigt ist, befinden sich die Patch-Antennen 118 und 130 innerhalb der Grundfläche des Halbleiterchips 102. Die Patch-Antennen 118 zum Senden von HF-Signalen enthalten zwei Patch-Antennen, die durch den Erdleiter 115 getrennt sind. Jede Patch-Antenne 118 ist an einer Ecke des Halbleiterchips 102 angeordnet. Die Patch-Antennen 130 zum Empfangen von HF-Signalen enthalten vier Patch-Antennen, die in einer viereckigen Konfiguration angeordnet sind. Die Patch-Antennen 130 sind von den Patch-Antennen 118 durch den Erdleiter 115 getrennt. In anderen Beispielen können die Patch-Antennen 118 und 130 eine andere geeignete Anordnung aufweisen. Durch Anordnen der Patch-Antennen 118 und 130 oberhalb des Halbleiterchips 102 kann eine kompakte Halbleitervorrichtung 100, die integrierte HF-Funktionalität enthält, bereitgestellt sein. Auf diese Weise erfordert eine Anwendungsplatine, auf der die Halbleitervorrichtung 100 installiert ist, keine Antennen, um die HF-Funktionalität zu implementieren.
  • In anderen Beispielen kann irgendeiner aus verschiedenen Typen von planaren Antennen anstelle der Patch-Antennen 118 und 130 verwendet sein. Beispielsweise können die Antennen 118 und 130 Dipolantennen (7A), Faltdipolantennen (7B), Ringantennen (7C), rechteckige Schleifenantennen ( 7D), komplanare Patch-Antennen (7F), Schlitzantennen oder Monopolantennen enthalten.
  • 2A ist eine Querschnittsansicht und 2B ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 200 darstellen. Die Halbleitervorrichtung 200 ist eine eWLB-Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung 200 enthält einen Halbleiterchip 202, ein Einkapselungsmaterial 206, eine Umverteilungsschicht (Umverdrahtungsschicht) 212, eine leitfähige Schicht 214 (z.B. Reflektor, Erdungsplatte oder Abschirmung), Dielektrikumschichten 208 und 210, Dipolantennen 218 zum Senden von HF-Signalen, Dipolantennen 230 zum Empfangen von HF-Signalen und Lötstellen 228. In einem Beispiel ist der Halbleiterchip 202 ein HF-Halbleiterchip für eine Millimeterwellenanwendung, wie z.B. Erfassung von Gesten bei 60 GHz oder eine andere geeignete Anwendung.
  • Eine Vorderseite (d.h. aktive Seite) des Halbleiterchips 202 enthält Kontakte 204. Die Kontakte 204 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. Der Halbleiterchip 202 ist seitlich durch Einkapselungsmaterial 206 umgeben, wie z.B. eine Gussverbindung oder ein anderes geeignetes Einkapselungsmaterial, das einen Fan-out-Bereich für elektrische Verbindungen mit dem Halbleiterchip 202 bereitstellt. Die Oberseite der Dielektrikumschicht 208 kontaktiert eine Unterseite des Einkapselungsmaterials 206 und die Vorderseite des Halbleiterchips 202. Die Unterseite der Dielektrikumschicht 208 kontaktiert die Oberseite der Dielektrikumschicht 210. In einem Beispiel kann jede Dielektrikumschicht 208 und 210 aus SiO2, Si3N4 oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Umverteilungsschicht 212 ist auf den und/oder innerhalb der Dielektrikumschichten 208 und 210 gebildet. Die Umverteilungsschicht 212 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. Die Umverteilungsschicht 212 koppelt elektrisch die Kontakte 204 mit Lötstellen 226 und mit Dipolantennen 218 und 230.
  • In einem Beispiel kontaktiert die Unterseite der leitfähigen Schicht 214 die Rückseite des Halbleiterchips 202. Die leitfähige Schicht 214 kann niederohmig (z.B. weniger als 1 Ohm) mit dem Siliziumkörper des Halbleiterchips 202 kontaktiert und dadurch geerdet sein. In einem weiteren Beispiel ist die leitfähige Schicht 214 von dem Halbleiterchip 202 durch ein anderes Material isoliert. In einem Beispiel bedeckt die leitfähige Schicht 214 den Halbleiterchip 202. Die leitfähige Schicht 214 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. In einem Beispiel enthält die Umverteilungsschicht 212 Abschnitte der leitfähigen Schicht (nicht gezeigt) in dem Fan-out-Bereich des Einkapselungsmaterials 206. Das Einkapselungsmaterial 206 kontaktiert die Oberseite der leitfähigen Schicht 214. Die Dipolantennen 218 und 230 kontaktieren die Oberseite des Einkapselungsmaterials 206.
  • Jede Dipolantenne 230 ist mit der Umverteilungsschicht 212 über differentielle Übertragungsleitungen elektrisch gekoppelt, die Durchkontaktierungsverbindung 216 und leitfähige Kontaktstellen 232 und Leiterbahnen 233 auf der Oberseite der Durchkontaktierungsverbindung 216 und auf der Oberseite des Einkapselungsmaterials 206 enthalten. Jede Dipolantenne 218 ist mit der Umverteilungsschicht 212 über differentielle Übertragungsleitungen elektrisch gekoppelt, die Durchkontaktierungsverbindung (nicht gezeigt) und leitfähige Kontaktstellen 224 und Leiterbahnen 225 auf der Oberseite des Einkapselungsmaterials 206 enthalten. In einem Beispiel können die leitfähigen Kontaktstellen 224 und 232, die Leiterbahnen 225 und 233 und die Dipolantennen 218 und 230 aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen.
  • In einem Beispiel ist die Durchkontaktierungsverbindung 216 eine eingebettete Z-Leitungs-Durchkontaktierungsverbindung (EZL-Durchkontaktierungsverbindung). Die EZL-Durchkontaktierungsverbindung 216 ist unter Verwendung von seitlichen eWLB-X-Y-Strukturen, die nach dem Sägen und Kippen der Strukturen um 90° als vertikale Z-Strukturen dienen, hergestellt. Die Durchkontaktierungsverbindung 216 enthält ein dielektrisches Material 217, in dem die Durchkontaktierungen 220 gebildet sind. Wenn die Halbleitervorrichtung 200 hergestellt wird, wird die Durchkontaktierungsverbindung 216 in das Einkapselungsmaterial 206 eingebettet. Die Durchkontaktierungsverbindung 216 wird dann durch Schleifen des Einkapselungsmaterials 206 freigelegt, um die Oberfläche des Einkapselungsmaterials 206 bereitzustellen, wie in 2A dargestellt ist.
  • Wie in 2B gezeigt ist, sind die Dipolantennen 218 außerhalb der Grundfläche des Halbleiterchips 202, und die Dipolantennen 230 sind innerhalb der Grundfläche des Halbleiterchips 202. Die Dipolantennen 218 zum Senden von HF-Signalen enthalten zwei Dipolantennen auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterchips 202. Die Dipolantennen 230 zum Empfangen von HF-Signalen enthalten vier Dipolantennen, die in einer viereckigen Konfiguration angeordnet sind. In anderen Beispielen können die Dipolantennen 218 und 230 eine andere geeignete Anordnung aufweisen. Durch Anordnen der Dipolantennen 230 oberhalb des Halbleiterchips 202 und der Dipolantennen 218 oberhalb des Fan-out-Bereichs kann eine kompakte Halbleitervorrichtung 200, die integrierte HF-Funktionalität enthält, bereitgestellt sein. Auf diese Weise erfordert eine Anwendungsplatine, auf der die Halbleitervorrichtung 200 installiert ist, keine Antennen, um die HF-Funktionalität zu implementieren.
  • In anderen Beispielen kann irgendeiner aus verschiedenen Typen von planaren Antennen anstelle der Dipolantennen 218 und 230 verwendet sein. Beispielsweise können die Antennen 218 und 230 Faltdipolantennen (7B), Ringantennen (7C), rechteckige Schleifenantennen (7D), Patch-Antennen ( 7E), komplanare Patch-Antennen (7F), Schlitzantennen oder Monopolantennen enthalten.
  • 3A ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 300 darstellt. Die Halbleitervorrichtung 300 ist eine eWLB-Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung 300 enthält einen Halbleiterchip 302, ein Einkapselungsmaterial 306, eine Umverteilungsschicht (Umverdrahtungsschicht) 312, die eine leitfähige Schicht 314 (z.B. Erdungsplatte, Reflektor oder Abschirmung) enthält, Dielektrikumschichten 308, 309, 310 und 326, Patch-Antennen 318 zum Senden von HF-Signalen, Patch-Antennen (nicht gezeigt) zum Empfangen von HF-Signalen, einen Wärmeableiter 327 und Lötstellen 328. In einem Beispiel ist der Halbleiterchip 302 ein HF-Halbleiterchip für eine Millimeterwellenanwendung, wie z.B. Erfassung von Gesten bei 60 GHz oder eine andere geeignete Anwendung.
  • Eine Vorderseite (d.h. aktive Seite) des Halbleiterchips 302 enthält Kontakte 304. Die Kontakte 304 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. Der Halbleiterchip 302 ist seitlich durch Einkapselungsmaterial 306 umgeben, wie z.B. eine Gussverbindung oder ein anderes geeignetes Einkapselungsmaterial, das einen Fan-out-Bereich für elektrische Verbindungen mit dem Halbleiterchip 302 bereitstellt. Die Unterseite der Dielektrikumschicht 308 kontaktiert die Oberseite des Einkapselungsmaterials 306 und die Vorderseite des Halbleiterchips 302. Die Oberseite der Dielektrikumschicht 308 kontaktiert die Unterseite der Dielektrikumschicht 310. In einem Beispiel kann jede Dielektrikumschicht 308 und 310 aus SiO2, Si3N4 oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Umverteilungsschicht 312 ist auf den und/oder innerhalb der Dielektrikumschichten 308 und 310 gebildet. Die Umverteilungsschicht 312 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. Die Umverteilungsschicht 312 koppelt die Kontakte 304 elektrisch mit Lötstellen 328 über Durchkontaktierungen 316, die sich durch Einkapselungsmaterial 306 erstrecken, stellt HF-Signalzuführungen 313 bereit und stellt die leitfähige Schicht 314 bereit.
  • Die Oberseite der Dielektrikumschicht 309 kontaktiert die Rückseite des Halbleiterchips 302 und die Unterseite des Einkapselungsmaterials 306. Die Dielektrikumschicht 309 kann aus demselben dielektrischen Material wie die Dielektrikumschicht 308 oder 310 bestehen. Die Oberseite des Wärmeableiters 327 kontaktiert die Unterseite der Dielektrikumschicht 309. Der Wärmeableiter 327 kann mit der leitfähigen Schicht 314 über die Umverteilungsschicht 312 und Durchkontaktierungen (nicht gezeigt), die sich durch das Einkapselungsmaterial 306 erstrecken, elektrisch gekoppelt sein. Der Wärmeableiter 327 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen.
  • Die Unterseite der leitfähigen Schicht 314 kontaktiert die Oberseite der Dielektrikumschicht 310. In einem Beispiel bedeckt die leitfähige Schicht 314 den Halbleiterchip 302 und das Einkapselungsmaterial 306, außer dort, wo Schlitze 315 angeordnet sind. Die Oberseite der leitfähigen Schicht 314 kontaktiert die Unterseite der Dielektrikumschicht 326. In einem Beispiel kann die Dielektrikumschicht 326 aus einem Laminat, einem Einkapselungsmaterial, einem Imidmaterial oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Patch-Antennen 318 kontaktieren die Oberseite der Dielektrikumschicht 326. Die Patch-Antennen 318 sind an den Schlitzen 315 der leitfähigen Schicht 314 ausgerichtet, um durch eine Öffnung mit HF-Signalzuführungen 313 gekoppelt Patch-Antennen 318 bereitzustellen. Durch Verwenden von durch eine Öffnung gekoppelten Patch-Antennen ist keine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 302 und den Patch-Antennen 318 erforderlich. Stattdessen sind die Patch-Antennen 318 mit dem Halbleiterchip 302 über die Schlitze 315 in der leitfähigen Schicht 314 elektromagnetisch gekoppelt. Die Patch-Antennen 318 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen.
  • 3B ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 350 darstellt. Die Halbleitervorrichtung 350 ist ähnlich der vorher mit Bezug auf 3A beschriebenen und dargestellten Halbleitervorrichtung 300, außer dass in der Halbleitervorrichtung 350 die leitfähige Schicht 314 entfernt ist. In diesem Beispiel sind die Patch-Antennen 318 mit den HF-Signalzuführungen 313 proximity-gekoppelt (Nahfeld-gekoppelt). Durch Verwenden von proximity-gekoppelten Patch-Antennen ist keine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 302 und den Patch-Antennen 318 erforderlich. Stattdessen sind die Patch-Antennen 318 mit dem Halbleiterchip 302 elektromagnetisch gekoppelt.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 400 darstellt. Die Halbleitervorrichtung 400 ist eine eWLB-Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung 400 enthält einen Halbleiterchip 402, ein Einkapselungsmaterial 406, eine Umverteilungsschicht (Umverdrahtungsschicht) 412, die eine leitfähige Schicht 414 (z.B. Erdungsplatte, Reflektor oder Abschirmung), Dielektrikumschichten 408, 410 und 426, Patch-Antennen 418 zum Senden von HF-Signalen, Patch-Antennen (nicht gezeigt) zum Empfangen von HF-Signalen und Lötstellen 428. In einem Beispiel ist der Halbleiterchip 402 ein HF-Halbleiterchip für eine Millimeterwellenanwendung, wie z.B. Erfassung von Gesten bei 60 GHz oder eine andere geeignete Anwendung.
  • Eine Vorderseite (d.h. aktive Seite) des Halbleiterchips 402 enthält Kontakte 404. Die Kontakte 404 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. Der Halbleiterchip 402 ist seitlich durch Einkapselungsmaterial 406 umgeben, wie z.B. eine Gussverbindung oder ein anderes geeignetes Einkapselungsmaterial, das einen Fan-out-Bereich für elektrische Verbindungen mit dem Halbleiterchip 402 bereitstellt. Die Oberseite der Dielektrikumschicht 408 kontaktiert die Unterseite des Einkapselungsmaterials 406 und die Vorderseite des Halbleiterchips 402. Die Unterseite der Dielektrikumschicht 408 kontaktiert die Oberseite der Dielektrikumschicht 410. In einem Beispiel kann jede Dielektrikumschicht 408 und 410 aus SiO2, Si3N4 oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Umverteilungsschicht 412 ist auf den und/oder innerhalb der Dielektrikumschichten 408 und 410 gebildet. Die Umverteilungsschicht 412 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. Die Umverteilungsschicht 412 koppelt die Kontakte 404 elektrisch mit der leitfähigen Schicht 414 und den Lötstellen 428 und stellt HF-Signalzuführungen 413 bereit.
  • Die Unterseite der leitfähigen Schicht 414 kontaktiert die Rückseite des Halbleiterchips 402 und die Oberseite des Einkapselungsmaterials 406. Die leitfähige Schicht 414 ist mit der Umverteilungsschicht 412 über Durchkontaktierungen 416, die sich durch das Einkapselungsmaterial 406 erstrecken, elektrisch gekoppelt. Die leitfähige Schicht 414 und die Durchkontaktierungen 416 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. In einem Beispiel bedeckt die leitfähige Schicht 414 den Halbleiterchip 402 und das Einkapselungsmaterial 406, außer dort, wo Schlitze 415 angeordnet sind. Die Oberseite der leitfähigen Schicht 414 kontaktiert die Unterseite der Dielektrikumschicht 426. In einem Beispiel kann die Dielektrikumschicht 426 aus einem Laminat, einem Einkapselungsmaterial, einem Imidmaterial oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Patch-Antennen 418 kontaktieren die Oberseite der Dielektrikumschicht 426. Die Patch-Antennen 418 sind an den Schlitzen 415 der leitfähigen Schicht 414 ausgerichtet, um durch eine Öffnung mit HF-Signalzuführungen 413 gekoppelt Patch-Antennen 418 bereitzustellen. Durch Verwenden von durch eine Öffnung gekoppelten Patch-Antennen ist keine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 402 und den Patch-Antennen 418 erforderlich. Stattdessen sind die Patch-Antennen 418 mit dem Halbleiterchip 402 über die Schlitze 415 in der leitfähigen Schicht 414 elektromagnetisch gekoppelt. In anderen Beispielen können die Patch-Antennen 418 proximity-gekoppelte Antennen (nicht gezeigt) sein, die mit dem Halbleiterchip 402 elektromagnetisch gekoppelt sind. Die Patch-Antennen 418 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 500 darstellt. Die Halbleitervorrichtung 500 ist eine eWLB-Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung 500 enthält einen Halbleiterchip 502, ein Einkapselungsmaterial 506, eine Umverteilungsschicht (Umverdrahtungsschicht) 512, eine leitfähige Schicht 514 (z.B. Erdungsplatte, Reflektor oder Abschirmung), Dielektrikumschichten 508, 510 und 526, Patch-Antennen 518 zum Senden von HF-Signalen, Patch-Antennen (nicht gezeigt) zum Empfangen von HF-Signalen, eine Chipbefestigungsfolie 516 und Lötstellen 528 und 529. In einem Beispiel ist der Halbleiterchip 502 ein HF-Halbleiterchip für eine Millimeterwellenanwendung, wie z.B. Erfassung von Gesten bei 60 GHz oder eine andere geeignete Anwendung.
  • Eine Vorderseite (d.h. aktive Seite) des Halbleiterchips 502 enthält Kontakte 504. Die Kontakte 504 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. Der Halbleiterchip 502 ist seitlich durch Einkapselungsmaterial 506 umgeben, wie z.B. eine Gussverbindung oder ein anderes geeignetes Einkapselungsmaterial, das einen Fan-out-Bereich für elektrische Verbindungen mit dem Halbleiterchip 502 bereitstellt. Die Oberseite der Dielektrikumschicht 508 kontaktiert die Unterseite des Einkapselungsmaterials 506 und die Vorderseite des Halbleiterchips 502. Die Unterseite der Dielektrikumschicht 508 kontaktiert die Oberseite der Dielektrikumschicht 510. In einem Beispiel kann jede Dielektrikumschicht 508 und 510 aus SiO2, Si3N4 oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Umverteilungsschicht 512 ist auf den und/oder innerhalb der Dielektrikumschichten 508 und 510 gebildet. Die Umverteilungsschicht 512 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder anderen geeigneten Metallen bestehen. Die Umverteilungsschicht 512 koppelt die Kontakte 504 elektrisch mit den Lötstellen 528 und stellt HF-Signalzuführungen 513 bereit.
  • Die Unterseite der Chipbefestigungsfolie 516 kontaktiert die Rückseite des Halbleiterchips 502 und die Oberseite des Einkapselungsmaterials 506. Die Oberseite der Chipbefestigungsfolie 516 kontaktiert die Unterseite der leitfähigen Schicht 514. Die leitfähige Schicht 514 ist mit Lötstellen 529, die seitlich benachbart dem Halbleiterchip 502 und dem Einkapselungsmaterial 506 sind und die größer als die Lötstellen 528 sind, elektrisch gekoppelt. Die Lötstellen 529 weisen einen Durchmesser größer als eine Summe der Dicken des Halbleiterchips 502 und der Umverteilungsschicht 512 auf. Durch Verwenden der Lötstellen 529 sind Durchkontaktierungen, um die leitfähige Schicht 514 mit der Umverteilungsschicht 512 elektrisch zu koppeln, nicht notwendig. Die leitfähige Schicht 514 kann aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen. In einem Beispiel bedeckt die leitfähige Schicht 514 den Halbleiterchip 502 und das Einkapselungsmaterial 506, außer dort, wo Schlitze 515 angeordnet sind. Die Oberseite der leitfähigen Schicht 514 kontaktiert die Unterseite der Dielektrikumschicht 526.
  • In einem Beispiel kann die Dielektrikumschicht 526 aus einem Laminat, einem Einkapselungsmaterial, einem Imidmaterial oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen. Die Patch-Antennen 518 kontaktieren die Oberseite der Dielektrikumschicht 526. Die Patch-Antennen 518 sind an Schlitzen 515 der leitfähigen Schicht 514 ausgerichtet, um durch eine Öffnung mit HF-Signalzuführungen 513 gekoppelt Patch-Antennen 518 bereitzustellen. Durch Verwenden von durch eine Öffnung gekoppelten Patch-Antennen ist keine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 502 und den Patch-Antennen 518 erforderlich. Stattdessen sind die Patch-Antennen 518 mit dem Halbleiterchip 502 über die Schlitze 515 in der leitfähigen Schicht 514 elektromagnetisch gekoppelt. In anderen Beispielen können die Patch-Antennen 518 proximity-gekoppelte Antennen (nicht gezeigt) sein, die mit dem Halbleiterchip 502 elektromagnetisch gekoppelt sind. Die Patch-Antennen 518 können aus Cu, Al, Au, Ag, W und/oder irgendeinem anderen geeigneten Metall bestehen.
  • 6A-6D sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der in 5 dargestellten Halbleitervorrichtung 500 darstellen. 6A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 550 nach einer ersten Stufe des Herstellungsprozesses darstellt. Die Halbleitervorrichtung 550 ist eine Halbleitervorrichtung in einem eWLB-Wafer. Die Halbleitervorrichtung 550 enthält einen Halbleiterchip 502, eine Umverteilungsschicht 512, Dielektrikumschichten 508 und 510 und ein Einkapselungsmaterial 506. Das Einkapselungsmaterial 506 bedeckt die Rückseite des Halbleiterchips 502 und umgibt den Halbleiterchip 502 seitlich, um einen Fan-out-Bereich für elektrische Verbindungen bereitzustellen. Die Kerben (Schnittfugen) 552 werden durch die Dielektrikumschichten 510 und 508 und in das Einkapselungsmaterial 506 vor dem Zerteilen und Schleifen des eWLB-Wafers geschnitten, um mehrere getrennte Halbleitervorrichtungen bereitzustellen.
  • 6B ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 560 nach einer zweiten Stufe des Herstellungsprozesses darstellt. Die Rückseite der Halbleitervorrichtung 550, die in 6A dargestellt ist, wird Schleifen unterzogen, um Einkapselungsmaterial 506 zu entfernen, um die Rückseite des Halbleiterchips 502 freizulegen und den eWLB-Wafer zu vereinzeln, um die Halbleitervorrichtung 560 bereitzustellen, die ein eWLB-Gehäuse aufweist.
  • 6C ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Trägers 570 darstellt. Der Träger 570 enthält eine Dielektrikumschicht 526, eine leitfähige Schicht 514, Patch-Antennen 518 zum Senden von HF-Signalen und Patch-Antennen (nicht gezeigt) zum Empfangen von HF-Signalen. Die leitfähige Schicht 514 ist auf einer ersten Seite einer Dielektrikumschicht 526 über einen Galvanisierungsprozess, einen Abscheidungsprozess oder einen anderen geeigneten Prozess gebildet. Die leitfähige Schicht 514 enthält Schlitze 515. Patch-Antennen 518 sind auf einer zweiten Seite der Dielektrikumschicht 526 gegenüber der ersten Seite über einen Galvanisierungsprozess, einen Abscheidungsprozess oder einen anderen geeigneten Prozess gebildet. Jede Patch-Antenne 518 ist an einen Schlitz 515 der leitfähigen Schicht 514 ausgerichtet.
  • 6D ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 580 nach dem Befestigen des Trägers 570, der vorstehend mit Bezug auf 6C beschrieben und dargestellt ist, an der Halbleitervorrichtung 560, die vorstehend mit Bezug auf 6B beschrieben und dargestellt ist. Der Träger 570 ist an der Rückseite des Halbleiterchips 502 und an dem Einkapselungsmaterial 506 über eine Chipbefestigungsfolie 516 befestigt. In anderen Beispielen ist der Träger 570 an der Rückseite des Halbleiterchips 502 und an dem Einkapselungsmaterial 506 unter Verwendung eines Klebemittels oder eines anderen geeigneten Befestigungsmaterials befestigt. Die Lötstellen 528 werden dann mit der Umverteilungsschicht 512 elektrisch gekoppelt, und die Lötstellen 529 werden mit der leitfähigen Schicht 514 elektrisch gekoppelt, um die Halbleitervorrichtung 500 bereitzustellen, die vorsehend mit Bezug auf 5 beschrieben und dargestellt ist.
  • Die hier beschriebenen Halbleitervorrichtungen, die Antennen in einem eWLB-Gehäuse enthalten, ermöglichen das Verwenden von weniger aufwändigen Anwendungsplatinen anstelle aufwändigerer HF-Anwendungsplatinen. Zusätzlich sind durch Anordnen wenigstens eines Abschnitts der Antennen oberhalb des HF-Halbleiterchips die Gehäusegröße und somit die Kosten der Halbleitervorrichtungen reduziert. Ferner stellt das eWLB-Gehäuse eine hervorragende HF-Leistung aufgrund niedriger parasitärer Induktivität und ohmscher Verluste bereit.

Claims (8)

  1. Halbleitervorrichtung, die aufweist: einen Halbleiterchip (502); ein Guss-Einkapselungsmaterial (506), das den Halbleiterchip seitlich umgibt; eine Umverteilungsschicht (512) auf einer ersten Seite des Halbleiterchips, wobei die Umverteilungsschicht mit dem Halbleiterchip elektrisch gekoppelt ist; eine Dielektrikumschicht (526) bestehend aus einem Laminat; eine leitfähige Schicht (514) zwischen der Dielektrikumschicht und dem Halbleiterchip, wobei die leitfähige Schicht an der Dielektrikumschicht gebildet ist; eine Chipbefestigungsfolie (516), mittels welcher die leitfähige Schicht (514) an dem Guss-Einkapselungsmaterial (506) und an einer zweiten Seite des Halbleiterchips gegenüber der ersten Seite befestigt ist; und eine Antenne (518) auf der Dielektrikumschicht, wobei die Dielektrikumschicht zwischen der Antenne und dem Halbleiterchip ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: mehrere Lötstellen (528), die mit der Umverteilungsschicht (512) elektrisch gekoppelt sind.
  3. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Antenne (518) mit dem Halbleiterchip (502) elektromagnetisch gekoppelt ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Halbleiterchip (502) mit der Antenne (518) durch einen Schlitz (515) in der leitfähigen Schicht (514) elektromagnetisch gekoppelt ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Schicht (514) mit einer Lötstelle (529), die einen Durchmesser größer als die Summe einer Dicke des Halbleiterchips (502) und der Umverteilungsschicht (512) aufweist, direkt elektrisch gekoppelt ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne (518) eine Dipolantenne, eine Faltdipolantenne, eine Ringantenne, eine rechteckige Schleifenantenne, eine Patch-Antenne oder eine komplanare Patch-Antenne umfasst.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (502) mit der Antenne (518) proximity-gekoppelt ist.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen eines „Embedded Wafer Level Ball Grid Array“-Gehäuses, das einen Hochfrequenz-Halbleiterchip (502), der seitlich durch ein Guss-Einkapselungsmaterial (506) umgeben ist, und eine Umverteilungsschicht (512) auf dem Halbleiterchip und dem Guss-Einkapselungsmaterial aufweist; Herstellen eines Trägers (570), der ein dielektrisches Material (526) bestehend aus einem Laminat, eine Antenne (518) auf einer ersten Seite des dielektrischen Materials und eine leitfähige Schicht (514) auf einer zweiten Seite des dielektrischen Materials (526) gegenüber der ersten Seite aufweist; und Befestigen des „Embedded Wafer Level Ball Grid Array“-Gehäuses an dem Träger (570) mittels einer Chipbefestigungsfolie (516), so dass die leitfähige Schicht (514) zwischen dem dielektrischen Material (526) und dem Halbleiterchip (502) ist.
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