-
Hintergrund
-
Technisches Gebiet
-
Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen ein Package und ein Verfahren zum Herstellen eines Packages.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Packages können als eingekapselte Halbleiterchips mit elektrischen Verbindungen bezeichnet werden, welche sich aus der Einkapselung heraus erstrecken. Zum Beispiel können Packages mit einer elektronischen Peripherie verbunden werden, zum Beispiel auf eine gedruckte Leiterplatte montiert werden oder auf eine Wärmesenke montiert werden und über Konnektoren mit einem größeren System verbunden werden.
-
Packaging-Kosten sind ein wichtiger Antrieb für die Industrie. Damit hängen Performance, Dimensionen und Zuverlässigkeit zusammen. Die verschiedenen Packaging Lösungen sind vielfältig und müssen die Anforderungen einer bestimmten Anwendung erfüllen.
-
Zusammenfassung
-
Es mag ein Bedarf bestehen, eine Möglichkeit bereitzustellen, einen Halbleiterchip auf einfache und kompakte Weise zu verpacken.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, welches einen Träger, einen Halbleiterchip, welcher einen ersten Verbindungbereich hat, bei welchem der Halbleiterchip bei einer ersten vertikalen Ebene auf oder über dem Träger montiert ist, und einen Verbindungkörper aufweist, wobei der Halbleiterchip gebogen (oder verbogen) ist, um dadurch bei einem zweiten Verbindungsbereich des Halbleiterchips bei einer zweiten vertikalen Ebene, welche von der ersten vertikalen Ebene verschieden ist, mit dem Verbindungskörper verbunden zu werden.
-
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Packages bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Montieren eines Halbleiterchips, welcher einen ersten Verbindungsbereich an einer ersten vertikalen Ebene hat, auf oder über einen Träger, und ein Biegen (oder Verbiegen) des Halbleiterchips aufweist, um dadurch den Halbleiterchip bei einem zweiten Verbindungsbereich des Halbleiterchips bei einer zweiten vertikalen Ebene, welche von der ersten vertikalen Ebene verschieden ist, mit einem Verbindungskörper zu verbinden.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, bei welchem ein flexibler oder biegbarer Halbleiterchip, aufgrund seiner geringen Dicke und/oder seines biegbaren oder flexiblen Materials, bearbeitet wird zum Erzeugen einer Krümmung des Halbleiterchips in zumindest einem gebogenen Abschnitt, so dass verschiedene Verbindungsbereiche des Halbleiterchips via den zumindest einen gebogenen Abschnitt eine Höhendifferenz überbrücken können. Folglich kann der gebogene Halbleiterchip bei verschiedenen Höhenebenen mit einem Träger einerseits und mit einem anderen Verbindungkörper andererseits, und optional mit mindestens einem weiteren Verbindungskörper verbunden werden. Durch das Ergreifen dieser Maßnahme kann auf herkömmliche Maßnahmen zum Überbrücken einer Höhendifferenz zwischen einem Halbleiterchip und einer damit zu verbindenden Entität auf vorteilhafte Weise zumindest teilweise verzichtet werden (zum Beispiel ein Clip, ein Bonddraht oder Ähnliches). In Bezug auf Halbleiterchips war ein solcher Ansatz in der Vergangenheit aufgrund der involvierten herkömmlich großen Dicken unmöglich. Allerdings wurde mit dem Aufkommen von extrem dünnen Halbleiterchips oder Ähnlichem ein solches Biegen oder Verbiegen möglich und kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform äußerst vorteilhaft zum Überbrücken einer vertikalen Höhendifferenz innerhalb eines Packages auf einfache Weise verwendet werden. Als Ergebnis kann ein äußerst kompaktes Package erzielt werden, welches mit einem geringen Aufwand hergestellt werden kann. Gleichzeitig kann das direkte Koppeln unter Verwendung von einem gekrümmten Halbleiterchip elektrische Pfade verkürzen, was zu geringeren Verlusten und/oder einer höheren Qualität einer Signalübertragung führt. Somit kann ein Package mit einer verbesserten Performance erhalten werden.
-
Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
-
Im Folgenden sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages und des Verfahrens erläutert.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Package“ insbesondere eine elektronische Vorrichtung bezeichnen, welche einen oder mehrere Halbleiterchips aufweisen kann, welche auf einem Träger montiert sind, wobei der Träger ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via eine Einkapselung oder andere Packagekomponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweisen oder daraus bestehen kann. Die Bestandteile des Packages können optional zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt sein.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Halbleiterchip“ insbesondere einen Körper umfassen, welcher ein Halbleitermaterial aufweist, beispielsweise einen Leistungshalbleiterchip, eine aktive elektronische Vorrichtung (beispielsweise ein Transistor), eine passive elektronische Vorrichtung (beispielsweise eine Kapazitanz oder eine Induktanz oder ein ohmscher Widerstand), einen Sensor (beispielsweise ein Mikrofon, ein Lichtsensor oder ein Gassensor), einen Aktuator (zum Beispiel ein Lautsprecher), und ein Mikroelektromechanisches System (MEMS). Insbesondere kann der Halbleiterchip zumindest ein integriertes Schaltkreiselement (beispielsweise eine Diode oder einen Transistor) in einem Oberflächenabschnitt davon haben. Der Halbleiterchip kann ein nacktes Plättchen sein oder kann bereits verpackt oder eingekapselt sein. Halbleiterchips, welche gemäß beispielhaften Ausführungsformen implementiert sind, können in Siliziumtechnologie, Galliumnitridtechnologie, Siliziumkarbidtechnologie, etc. gebildet sein.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine Stützstruktur bezeichnen (welche bevorzugt, aber nicht notwendigerweise elektrisch leitfähig ist), welche als eine mechanische Stütze für den einen oder die mehreren Halbleiterchips dient, und welche auch zur elektrischen Verbindung zwischen dem Halbleiterchip(s) und der Peripherie des Packages beiträgt. Kann der Träger eine mechanische Stützfunktion und eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Ein Träger kann ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via die Einkapselung oder andere Packagekomponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweisen oder daraus bestehen.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Verbindungsbereich“ insbesondere einen Oberflächenbereichsabschnitt des Halbleiterchips bezeichnen, an welchem der Halbleiterchip mit einer anderen Entität, insbesondere einem Träger, einer weiteren elektronischen Komponente, oder irgendeinem anderen Verbindungskörper verbunden ist, zum Beispiel direkt oder via ein Verbindungsmedium, zum Beispiel ein lötbares Material. Zum Beispiel kann der Verbindungsbereich zu einem elektrisch leitfähigen Pad (oder Ähnlichem) des Halbleiterchips korrespondieren, bei welchem nicht nur eine mechanische Verbindung, sondern zusätzlich eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip einerseits und dem Verbindungskörper oder dem Träger andererseits hergestellt werden kann.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „vertikale Ebene“ insbesondere eine Höhenebene des Packages bezeichnen, insbesondere in Übereinstimmung mit einer vertikalen Richtung, welche in eine Aufwärtsrichtung von einem zum Beispiel im Wesentlichen planaren Träger ausgerichtet ist. Ein Stapeln oder Bestücken von Bestandteilen des Packages kann ausgehend von einer Unterseite bis zu einer Oberseite des Packages entlang einer vertikalen Richtung ausgeführt werden, welche die vertikalen Ebenen definiert.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Verbindungkörper“ insbesondere jede physische Struktur bezeichnen, mit welcher der Halbleiterchip direkt oder indirekt verbunden ist. Zum Beispiel kann ein solcher Verbindungskörper ein elektrisch leitfähiger Leiter sein (welcher zum Beispiel einen Teil eines Leiterrahmens bildet, weiter insbesondere auch den Träger aufweisend), eine andere elektronische Komponente, oder irgendein anderer Körper, zum Beispiel ein weiterer Träger oder ein Clip.
-
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „gebogen“ oder „Biegen“ sich insbesondere auf ein Verbiegen (englisch: flexing) oder eine Deformation des Halbleiterchips zum Herstellen einer Krümmung des Halbleiterchips in einem oder mehreren gebogenen oder verbogenen Abschnitten des Halbleiterchips beziehen. Zum Beispiel kann der Halbleiterchip in einem kraftfreien Zustand planar sein und kann mittels Aufbringens einer Biegedehnung umgeformt werden, mittels Erzwingens einer Verbindung an seinen Verbindungsbereichen. Insbesondere kann das Biegen des Halbleiterchips zum Überbrücken einer vertikalen Höhenebenendifferenz zwischen dem ersten Verbindungsbereich und dem zweiten Verbindungsbereich bewerkstelligt werden. Ein solches Biegen oder Verbiegen des Halbleiterchips kann mittels Erzeugens einer elastischen oder einer unelastischen Deformation des Halbleiterchips ausgeführt werden. Somit kann das Biegen des Halbleiterchips mittels Aufbringens einer mechanischen Spannung auf den Halbleiterchip ausgeführt werden. In der Anwesenheit der aufgebrachten Spannung können entsprechende Verbindungsbereiche dann an einer verbundenen Entität (zum Beispiel dem Träger oder dem Verbindungskörper) befestigt werden, zum Beispiel mittels Lötens. Insbesondere kann ein Halbleiterchip, welcher in einem kraftfreien Zustand planar ist, an einem oder mehreren Biegeabschnitten davon gebogen werden, zum Verbinden des Halbleiterchips an zwei oder mehreren Verbindungsbereichen davon.
-
Eine Idee einer beispielhaften Ausführungsform kann sein, ein Package bereitzustellen, welches die flexiblen Eigenschaften eines Halbleiterchips (insbesondere sekundäre flexible Eigenschaften eines sehr dünnen Siliziumplättchens) verwendet, um eine Verbindung zu einem Träger (zum Beispiel ein Die Pad eines Leiterrahmens) oder einem anderen Verbindungkörper (zum Beispiel ein anderes Plättchen) in einer anderen geometrischen Ebene herzustellen. Weiter insbesondere kann es möglich sein, die flexiblen Eigenschaften eines dünnen plättchenartigen Halbleiterchips zu verwenden, um äußerst vorteilhafte Packaging-Geometrien zu erzeugen. Genauer können beispielhafte Ausführungsformen die Packagegröße reduzieren und die Leistungsdichte des Packages erhöhen. Insbesondere kann es möglich sein, ein Package mit geringem Einschaltwiderstand (englisch: low on-resistance package) bereitzustellen, zum Beispiel in einer Halbbrücken-Konfiguration. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, signifikant kürzere Pfade für Verbindungen zwischen den Halbleiterchips (zum Beispiel einem integrierten Gate Bipolartransistor (IGBT) und einer Diode) zu bilden, so dass es möglich sein kann, eine Quelle einer unerwünschten Induktanz effizient zu unterdrücken.
-
In einer Ausführungsform weist das Package eine weitere elektronische Komponente (zum Beispiel einen weiteren Halbleiterchip) auf, welche (insbesondere sandwichartig) zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip angeordnet ist. Genauer kann die weitere elektronische Komponente zum Beispiel eine aktive Halbleiterkomponente sein, insbesondere eines von einem Transistor, einer Diode, einem Bipolartransistor und einem isoliertes Gate Bipolartransistor. In einer solchen Ausführungsform können der genannte Halbleiterchip und die weitere elektronische Komponente vertikal so gestapelt sein, dass der genannte Halbleiterchip in Bezug auf den Träger vertikal beabstandet ist, auf welchem die weitere elektronische Komponente direkt montiert (zum Beispiel gelötet) sein kann. Als Folge tritt eine Höhendifferenz zwischen dem genannten Halbleiterchip und dem Träger auf, aufgrund der weiteren elektronischen Komponente dazwischen. Um dennoch den beabstandeten Halbleiterchip mit einem Verbindungskörper zu kontaktieren, welcher zum Beispiel in derselben Höhenebene wie der Träger angeordnet sein kann (zum Beispiel da er einen Teil derselben planaren strukturierten Metallplatte bildet, zum Beispiel ein Leiterrahmen), kann das Biegen des oberen Halbleiterchips zum Überbrücken der erzeugten Höhendifferenz mit geringem Aufwand ausgeführt werden.
-
In einer Ausführungsform weist das Package eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur, insbesondere eine Lötstruktur, zwischen dem Halbleiterchip und der weiteren elektronischen Komponente auf. In einer solchen Ausführungsform können die zwei genannten elektronischen Komponenten oder Halbleiterchips mechanisch, und bevorzugt auch elektrisch, mittels der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur verbunden sein, welche direkt dazwischen ist. Dies kann zum Beispiel auch einen direkten elektrischen Pfad von einer unteren Hauptoberfläche des oberen Halbleiterchips und einer oberen Hauptoberfläche der unteren elektronischen Komponente herstellen. Wenn die elektronischen Komponenten/Halbleiterchips funktionell zusammenwirken (zum Beispiel ein Prozessor und einen Speicherchip, zwei zusammenwirkende Speicherchips, oder ein Sensor-Chip und ein Controller-Chip sind), kann eine solche direkte Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten/Halbleiterchips äußerst vorteilhaft sein. Dies kann zu kurzen elektrischen Signalpfaden führen, was zu einem geringen Verlust und einer hohen Signalqualität führt. Ein direktes Stapeln kombiniert mit einer direkten elektrischen Kopplung der elektronischen Komponenten/Halbleiterchips kann besonders vorteilhaft sein, wenn die elektronischen Komponenten/Halbleiterchips während des Betriebs des Packages einen vertikalen Stromfluss erfahren. Als eine Alternative zu Löten kann die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur auch eine Sinterverbindung, eine Schweißverbindung oder eine Haftverbindung zwischen den gestapelten elektronischen Komponenten/Halbleiterchips erzeugen.
-
Insbesondere kann die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur zum elektrischen Koppeln gegenüberliegender Pads des Halbleiterchips und der weiteren elektronischen Komponente konfiguriert sein. Dadurch kann eine direkte vertikale funktionelle Kopplung zwischen den Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten/Halbleiterchips hergestellt werden, welche einander gegenüberliegen.
-
In einer Ausführungsform sind der Halbleiterchip und die weitere elektronische Komponente verbunden, um eine Halbbrücke zu bilden. In einer solchen Halbbrücken-Konfiguration können die zwei elektronischen Komponenten/Halbleiterchips Feldeffekttransistorchips sein, welche für Leistungshalbleiteranwendungen verbunden sein können, zum Beispiel Schaltanwendungen. Zum Beispiel kann eine solche Halbbrücke ein Bestandteil eines Inverters oder einer Sechsergruppe (englisch: six pack) sein.
-
In einer Ausführungsform sind der Halbleiterchip und die weitere elektronische Komponente Transistorchips, insbesondere Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFETs) Chips. Wenn sie als Transistorchips verkörpert sind, können die elektronischen Komponenten/Halbleiterchips zum Beispiel MOSFET oder IGBT (isoliertes Gate Bipolartransistor) Chips sein. Solche Transistorchips können als Bestandteile von Leistungshalbleiter Packages verwendet werden.
-
In einer Ausführungsform ist eines von dem Halbleiterchip und der weiteren elektronischen Komponente ein Transistorchip, insbesondere ein isoliertes Gate Bipolartransistorchip (IGBT), und das andere von dem Halbleiterchip und der weiteren elektronischen Komponente ist ein Diodenchip. Eine solche Kombination eines Transistorchips und eines Diodenchips kann ebenfalls elektronische Anforderungen in der Leistungshalbleiter-Technologie erfüllen.
-
In einer Ausführungsform weist der Verbindungskörper eine elektrisch leitfähige Struktur auf, insbesondere eines von einem Leiter, einem Pad, und einem Abschnitt eines Leiterrahmens. In einer solchen Ausführungsform kann die Verbindung zwischen dem gebogenen Halbleiterchip und dem Verbindungkörper eine weitere elektrisch leitfähige Verbindung herstellen. Bevorzugt kann der Träger ein Die Pad sein und der Verbindungskörper kann ein Leiter einer gemeinsamen Leiterrahmen Struktur oder irgendeine andere strukturierte planare Metallplatte sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verbindungkörper noch eine weitere elektronische Komponente auf. Somit kann das Überbrücken einer Höhendifferenz zwischen zwei elektronischen Komponenten/Halbleiterchips mittels Biegens von zumindest einem von den elektronischen Komponenten/Halbleiterchips zum Erzeugen einer Komponenten-Komponenten Verbindung mittels Verbiegens verwendet werden. Dies kann insbesondere so bewerkstelligt werden, dass eine vertikale Lücke zwischen der unteren Hauptoberfläche von einem von den elektronischen Komponenten/Halbleiterchips und der oberen Hauptoberfläche des anderen von den elektronischen Komponenten/Halbleiterchips mittels Biegens von einem oder beiden von den elektronischen Komponenten/Halbleiterchips überbrückt wird.
-
In einer Ausführungsform ist eine Dicke des gebogenen oder verbogenen Halbleiterchips kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner als 50 µm, weiter insbesondere nicht größer als 20 µm. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere mit den genannten Dickewerten die Halbleiterchips und insbesondere Siliziumchips eine ausreichende Elastizität und Biegsamkeit zum Erzeugen einer permanent gebogenen Konfiguration eines fixierten Halbleiterchips in einem Package zeigen. Insbesondere wenn die Dicke des Halbleiterchips kleiner als 50 µm ist, kann die Biegsamkeit so ausgeprägt sein, dass ein Package mit einer hohen mechanischen und elektrischen Zuverlässigkeit mit einem gebogenen Halbleiterchip erzeugt werden kann, welcher mit einer permanenten Biegedehnung montiert ist.
-
In einer Ausführungsform sind der Träger und der Verbindungskörper koplanar. In anderen Worten können der Träger und der Verbindungskörper in der gleichen Ebene und bei der gleichen vertikalen Höhenebene angeordnet sein, insbesondere was ihre jeweiligen oberen Hauptoberflächen betrifft. Ein solches Szenario kann beispielsweise vorliegen, wenn der Träger und der Verbindungskörper einen Teil einer gemeinsamen planaren strukturierten Metallplatte bilden, zum Beispiel einen Leiterrahmen. Das Herstellen einer weiteren elektrischen Verbindung zwischen dem gebogenen Halbleiterchip und dem Verbindungskörper zusätzlich zu der elektrischen Verbindung zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip kann äußerst vorteilhaft sein, insbesondere wenn ein weiteres Element (zum Beispiel eine weitere elektronische Komponente) sandwichartig zwischen dem Träger und dem genannten Halbleiterchip angeordnet ist.
-
In einer Ausführungsform gehören der Träger und der Verbindungskörper zu einem gemeinsamen Leiterrahmen. Ein solcher Leiterrahmen kann ein Die Pad und eine Mehrzahl von Leitern aufweisen. Ein solcher Leiterrahmen kann eine lagenartige metallische Struktur sein, welche strukturiert sein kann, um ein oder mehrere Die Pads oder Montageabschnitte zum Montieren des einen oder der mehreren Halbleiterchips des Packages und einen oder mehrere Leiterabschnitte für eine elektrische Verbindung des Packages zu einer elektronischen Umgebung zu bilden, wenn der/die Halbleiterchip(s) auf dem Leiterrahmen montiert wird/werden. In einer Ausführungsform kann der Leiterrahmen eine Metallplatte (insbesondere aus Kupfer) sein, welche strukturiert sein kann, zum Beispiel mittels Stanzens oder Ätzens. Das Bilden des Chipträgers als ein Leiterrahmen ist eine kostengünstige und mechanisch sowie elektrisch vorteilhafte Konfiguration, bei welcher eine niederohmige Verbindung des zumindest einen Halbleiterchips mit einer robusten Stützfähigkeit des Leiterrahmens kombiniert werden kann. Ferner kann ein Leiterrahmen zur thermischen Leitfähigkeit des Packages beitragen und kann Wärme ableiten, welche während des Betriebs des/der Halbleiterchips erzeugt wird, als Folge der hohen thermischen Leitfähigkeit des metallischen (insbesondere Kupfer) Materials des Leiterrahmens. Ein Leiterrahmen kann zum Beispiel Aluminium und/oder Kupfer aufweisen. Bevorzugt kann die beschriebene Ausführungsform eine Leiterrahmen-Montagetechnologie mit der Möglichkeit des Stapelns von Halbleiterchips eines Packages kombinieren.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger einen Stapel auf, welcher eine zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitende Schicht (zum Beispiel eine Keramikschicht) umfasst, welche an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen von einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schicht (zum Beispiel eine Kupferschicht oder eine Aluminiumschicht, wobei die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht eine kontinuierliche oder eine strukturierte Schicht sein kann), einem Direkt Kupfer Bonding (DCB) Substrat, und einem Direkt Aluminium Bonding (DAB) Substrat bedeckt ist.
-
In einer Ausführungsform weist das Package eine Einkapselung auf, welche zumindest eines einkapselt von zumindest einem Teil des Halbleiterchips, zumindest einen Teil des Trägers, und zumindest ein Teil des Verbindungskörpers. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Einkapselung“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und bevorzugt thermisch leitfähiges Material bezeichnen, welches zumindest einen Teil eines Halbleiterchips und zumindest einen Teil eines Trägers und/oder eines Verbindungskörpers umgibt, um einen mechanischen Schutz, elektrische Isolierung, und optional einen Beitrag zur Wärmeableitung während des Betriebs bereitzustellen. Mittels Einkapselns insbesondere des gebogenen Halbleiterchips (welcher somit immer noch unter mechanischer Spannung steht, selbst wenn er an beiden oder allen Verbindungsbereichen gelötet ist), kann ein mechanisch robustes Einbetten des gebogenen Halbleiterchips in der Einkapselung erreicht werden. Damit hat das Einkapseln, bevorzugt mittels Gießens, bestimmte Vorteile in Bezug auf einen oder mehrere gebogene Halbleiterchips des Packages, da dies stabilisiert, dass der gebogene Halbleiterchip in der Einkapselung unter permanenter Biegedehnung bleibt.
-
In einer Ausführungsform weist das Package einen Wärmeableitungskörper auf dem Halbleiterchip auf, wobei der Wärmeableitungskörper in Bezug auf die Einkapselung freiliegt. Insbesondere kann eine Hauptoberfläche des Halbleiterchips, welche seiner anderen Hauptoberfläche gegenüberliegt, an welcher der Halbleiterchip mit sowohl dem Träger als auch dem Verbindungskörper verbunden ist, mit einem Wärmeableitungskörper bestückt sein. Ein solcher Wärmeableitungskörper kann ein Bulk-Körper sein, welcher eine hohe thermische Leitfähigkeit hat (insbesondere von mindestens 50 W/mK), welcher fähig ist, Wärme abzuleiten, welche mittels des gebogenen Halbleiterchips während des Betriebs des Packages erzeugt wird. Mittels einer solchen Wärmeableitung kann eine thermische Belastung, welche wären Temperaturzyklen oder während des Betriebs des Packages auftritt, effizient unterdrückt werden. Somit kann eine interne Belastung des gebogenen Halbleiterchips, welche auftritt, wenn ohmsche Verluste oder Ähnliches das Package erwärmen, mittels des Vorsehens des genannten Wärmeableitungskörper effizient reduziert werden. Bevorzugt ist der Wärmeableitungskörper in Bezug auf die Einkapselung freiliegend, bevorzugt eine gesamte Hauptoberfläche des Wärmeableitungskörpers. Dies kann die Fähigkeit des Wärmeableitungskörpers weiter verstärken, Wärme aus einem Inneren des Packages abzuleiten.
-
In einer Ausführungsform ist zumindest eines von dem Träger und dem Verbindungskörper in Bezug auf die Einkapselung freiliegend. Indem ein Teil des Verbindungskörpers und/oder ein Teil des Trägers in Bezug auf die Einkapselung (zum Beispiel eine dielektrische Einkapselung wie eine Formmasse) freiliegt, kann die Wärmeableitungsfähigkeit des Packages weiter verbessert werden, und optional kann auch ein elektrisches Koppeln des Packages in Bezug auf eine elektronische Peripherie durch das Ergreifen dieser Maßnahme hergestellt werden.
-
In einer Ausführungsform weist das Package einen weiteren Verbindungskörper auf, welcher mit dem Halbleiterchip verbunden ist. Zum Beispiel kann ein weiterer Verbindungskörper eine weitere elektronische Komponente oder ein weiterer Leiter eines Leiterrahmens sein.
-
Noch bezugnehmend auf die vorangehend beschriebene Ausführungsform kann das Package ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement aufweisen, insbesondere einen Bonddraht oder einen Clip, welches den weiteren Verbindungskörper mit dem Halbleiterchip verbindet. Somit kann eine Höhendifferenz zwischen dem gebogenen Halbleiterchip und dem weiteren Verbindungskörper mittels Drahtbondens, Clipbestückung oder Ähnlichem überbrückt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Halbleiterchip zusätzlich bei einem zweiten Biegeabschnitt gebogen (zusätzlich zu einem ersten Biegeabschnitt, welcher zum Verbinden des Halbleiterchips mit dem genannten Verbindungskörper verwendet wird), um dadurch an einem dritten Verbindungsbereich des Halbleiterchips bei einer dritten vertikalen Ebene mit dem weiteren Verbindungskörper verbunden zu werden. Äußerst vorteilhaft kann der Halbleiterchip derartig gebogen sein, dass er an drei vertikalen Ebenen direkt mit drei anderen Entitäten verbunden sein kann, d. h. dem Träger, dem Verbindungskörper und dem weiteren Verbindungskörper. Somit kann eine komplexere Krümmung des gebogenen Halbleiterchips eine benutzerdefinierbare Sequenz von mehreren konkaven und/oder mehreren konvexen Abschnitten davon erzeugen. Auf vorteilhafte Weise kann eine solche komplexe Krümmung eines gebogenen Halbleiterchips, welche ein Koppeln des Halbleiterchips an zwei, drei (oder mehreren) verschiedenen vertikalen Ebenen ermöglicht, ohne das Erfordernis, zusätzliche Kopplungselemente bereitzustellen, zum Beispiel Clips oder Bonddrähte, signifikant zu der Kompaktheit des Packages und zu einem Betrieb mit geringem Verlust beitragen.
-
In einer Ausführungsform ist die dritte vertikale Ebene verschieden von der ersten vertikalen Ebene und ist verschieden von der zweiten vertikalen Ebene. In einer solchen Konfiguration können die Elemente bei drei verschiedenen vertikalen Ebenen direkt ohne zusätzliche Elemente dazwischen mit dem Halbleiterchip verbunden sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist die dritte vertikale Ebene verschieden von einer von der ersten vertikalen Ebene und der zweiten vertikalen Ebene und ist identisch mit der anderen von der ersten vertikalen Ebene und der zweiten vertikalen Ebene. Zum Beispiel kann eine zentrale vertikale Ebene eines zentralen Abschnitts des gebogenen Halbleiterchips verschieden (insbesondere höherer) als zwei äußere Verbindungsbereiche des Halbleiterchips sein, welche in der gleichen (insbesondere niedrigeren) vertikalen Ebene angeordnet sind.
-
In einer Ausführungsform verbindet der oben genannte Wärmeableitungskörper auch, bevorzugt elektrisch, den weiteren Verbindungskörper mit dem Halbleiterchip. Bei einer solchen Konfiguration kann der Wärmeableitungskörper als ein Clip oder irgendein anderer elektrisch leitfähiger und thermisch leitfähiger Körper verkörpert sein. Somit kann eine elektrische Verbindung eines gebogenen oder verbogenen Halbleiterchips mit einem weiteren Verbindungskörper synergistisch eine thermisch leitfähige Verbindung mit dem gebogenen Halbleiterchip herstellen. Somit kann der Wärmeableitungskörper eine doppelte Funktion des Ableitens von Wärme von dem Halbleiterchip aus dem Package heraus und Herstellen eines weiteren elektrischen Verbindungspfads des Halbleiterchips erfüllen.
-
In einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip einen ersten planaren Abschnitt, welcher auf oder über dem Träger montiert ist, einen zweiten planaren Abschnitt, welcher auf dem Verbindungskörper montiert ist, und einen geneigten und/oder gekrümmten Abschnitt zwischen dem ersten planaren Abschnitt und dem zweiten planaren Abschnitt auf. Somit kann der gebogene Halbleiterchip als eine Rampe zwischen zwei planaren Sektionen geformt sein. Allerdings ist es ebenfalls möglich, dass mehrere geneigte und/oder mehrere gekrümmte Sektionen bei einem gebogenen Halbleiterchip vorgesehen sind, wobei zum Beispiel zwei geneigte und/oder gekrümmte Sektionen mittels einer planaren Sektion getrennt sind. Insbesondere wenn dünne Siliziumchips als Halbleiterchip verwendet werden, können sie in Bezug auf ihre Form mittels im Wesentlichen jeder gewünschten Biegetrajektorie flexibel angepasst werden. Zum Beispiel kann es möglich sein, zunächst einen ersten Verbindungsbereich des Halbleiterchips mit einer ersten verbundenen Entität zu verbinden, zum Beispiel dem Träger. Danach kann der Halbleiterchip so gebogen oder deformiert werden, dass ein zweiter Verbindungsbereich davon mit einer zweiten verbundenen Entität verbunden wird, zum Beispiel einem Leiter. Optional kann dann das Krümmen des Halbleiterchips, welcher bereits an zwei Abschnitten verbunden ist, so verfeinert werden, dass komplexere Konfigurationen gebildet werden können.
-
In einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip gebogen, um mit einer permanenten Biegedehnung verbunden zu sein. In einer solchen Konfiguration kann die Biegedehnung permanent auf den gebogenen Halbleiterchip des Packages wirken. Die genannten Verbindungsbereiche des Halbleiterchips können auf der jeweiligen verbundenen Entität lagefixiert sein. Dies kann jeden Aufwand beim permanenten Biegen von Halbleiterchips vermeiden.
-
Allerdings kann in einer alternativen Ausführungsform der Halbleiterchip auch ohne permanente Biegedehnung dreidimensional gekrümmt sein, um in einem kraftfreien gebogenen Zustand mit den verbundenen Entitäten verbunden zu werden, zum Beispiel dem Träger und dem Verbindungskörper. Durch diese Maßnahme kann eine kraftfreie Konfiguration erzeugt werden.
-
In einer Ausführungsform wird der Halbleiterchip elastisch deformiert, während er mit dem Träger und dem Verbindungskörper verbunden ist. Eine elastische Deformation ist durch ein Verhalten des gebogenen Halbleiterchips charakterisiert, gemäß welchem sich der gebogene Halbleiterchip zurück in eine planare Konfiguration bewegt, wenn das Verbiegen oder die Biegebelastung oder Kraft entfernt wird.
-
Allerdings ist es alternativ möglich, dass der gebogene Halbleiterchip plastisch deformiert wird, d. h. nach dem Lösen der Biegedehnung oder Kraft in der deformierten Konfiguration bleibt.
-
In einer Ausführungsform bilden der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich beide einen Teil der gleichen Hauptoberfläche des Halbleiterchips, insbesondere bilden beide einen Teil einer unteren Hauptoberfläche des Halbleiterchips. Bei einer solchen Konfiguration sind die verschiedenen Verbindungsbereiche auf der gleichen Hauptoberfläche des Halbleiterchips gebildet, d. h. an seiner unteren Hauptoberfläche oder an seiner oberen Hauptoberfläche. Alternativ ist es allerdings auch möglich, dass Verbindungsbereiche an beiden überliegenden Hauptoberflächen des gebogenen Halbleiterchips vorgesehen sind, was die Designfreiheit eines Package-Designers weiter erhöht.
-
In einer Ausführungsform können alle Leiter oder Anschlüsse des Trägers seitlich aus der Einkapselung hervorstehen (was zu einer bedrahtetes Package (englisch: leaded package) Architektur korrespondiert). Allerdings ist es auch möglich, dass das Package ein leiterfreies Package (englisch: leadless package) ist.
-
In einer Ausführungsform wird eine Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Träger und/oder dem Verbindungskörper/Körpern mittels eines Verbindungsmediums gebildet. Zum Beispiel kann das Verbindungsmedium eine Lötstruktur, eine Sinterstruktur, eine Schweißstruktur und/oder eine Kleberstruktur sein. Somit kann das Montieren des Halbleiterchips auf den Träger mittels Lötens, Sinterns oder Schweißens oder mittels Haftens oder Klebens bewerkstelligt werden.
-
In einer Ausführungsform weist das Package eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf, welche auf dem Träger montiert sind. Somit kann das Package einen oder mehrere Halbleiterchips (zum Beispiel mindestens eine passive Komponente, zum Beispiel einen Kondensator, und mindestens eine aktive Komponente, zum Beispiel einen Halbleiterchip) aufweisen.
-
In einer Ausführungsform weist der zumindest eine Halbleiterchip zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einem Controller-Schaltkreis, einem Treiberschaltkreis, und einem Leistungshalbleiter-Schaltkreis. Alle diese Schaltkreise können in einem Halbleiterchip oder getrennt in verschiedenen Chips integriert sein. Zum Beispiel kann eine korrespondierende Leistungshalbleiteranwendung mittels des/der Chips realisiert sein, wobei integrierte Schaltkreiselemente eines solchen Leistungshalbleiterchips zumindest einen Transistor (insbesondere einenMOSFET, Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor), zumindest eine Diode, etc. aufweisen können. Insbesondere können Schaltkreise hergestellt werden, welche eine Halbbrückenfunktion, eine Vollbrückenfunktion etc. erfüllen.
-
In einer Ausführungsform ist das Package als ein Leistungswandler konfiguriert, insbesondere eines von einem AC/DC Leistungswandler und einem DC/DC Leistungswandler. Allerdings können auch andere elektronische Anwendungen möglich sein, zum Beispiel Inverter etc.
-
Als Substrat oder Wafer für die Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat, d. h. ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliziumoxid oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt sein. Es ist auch möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen in GaN oder SiC Technologie implementiert sein.
-
Ferner können beispielhafte Ausführungsformen von Standard Halbleiterverarbeitungstechnologien Gebrauch machen, zum Beispiel geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotropischen und anisotropischen Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Strukturiertechnologien (welche lithographische Masken involvieren können), Abscheidetechnologien (zum Beispiel chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD) Sputtern, etc.).
-
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
-
Figurenliste
-
Die beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein tieferes Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen, und welche einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen.
-
In den Zeichnungen:
- 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 3 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor der Einkapselung.
- 4 zeigt das Package gemäß 3 nach der Einkapselung.
- 5 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor der Einkapselung.
- 6 zeigt das Package gemäß 5 nach der Einkapselung.
- 7 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor der Einkapselung.
- 8 zeigt das Package gemäß 7 nach der Einkapselung.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
-
Bevor beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf welchen basierend beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das flexible Wesen eines dünnen Halbleiterchips (insbesondere Siliziumchips) verwendet werden, um einen vertikalen Abstand zwischen verschiedenen Verbindungsbereichen des Halbleiterchips in Bezug auf verbundenen Entitäten zu überwinden, zum Beispiel ein Träger und ein anderer Verbindungskörper. Mittels Biegens oder Verbiegens des Halbleiterchips kann teilweise oder vollständig auf konventionelle Maßnahmen, zum Beispiel Clips oder Bonddrähte, zum Überbrücken eines Abstands zwischen verbundenen Entitäten bei verschiedenen vertikalen Ebenen verzichtet werden. Als Ergebnis kann ein einfacheres Package Design erzielt werden und der Herstellungsaufwand kann signifikant reduziert werden.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Kontaktbereich des Halbleiterchips bei einer ersten vertikalen Ebene angeordnet sein und ein anderer zweiter Kontaktbereich des gleichen Halbleiterchips kann bei einer anderen zweiten vertikalen Ebene angeordnet sein. Dies kann mittels Biegens des Halbleiterchips zu oder zwischen den genannten verschiedenen vertikalen Ebenen bewerkstelligt werden.
-
Um die Biegsamkeit des Halbleiterchips zu fördern, kann er aus einem ausreichend dünnen Halbleitermaterial sein, bevorzugt Siliziummaterial, bevorzugt einer konstanten Dicke. Zum Beispiel kann eine solche Dicke kleiner als 50 µm sein oder, am meisten bevorzugt, kann 20 µm oder kleiner sein. Silizium oder andere Halbleiter, zum Beispiel Galliumnitrid, können besonders geeignet zum Erzeugen von gebogenen Halbleiterchips sein, wenn sie ausreichend dünn sind. Zum Beispiel können solche Halbleiterchips unter einer permanenten elastischen Biegedehnung aufgrund einer elastischen Deformation des Halbleiterchips verbunden sein.
-
Insbesondere beim Stapeln von mehreren Halbleiterchips aufeinander in einem Package kann mittels der beschriebenen Herstellungsarchitektur eine signifikante Platzeinsparung erreicht werden. Ferner können kürzere Verbindungspfade in dem Package geschaffen werden, was wiederum zu geringeren Verlusten und einer besseren Signalqualität führt.
-
Es wird konstant gefordert, dass Halbleiter-Packages eine physisch kleinere Grundfläche haben, was den besetzten Leiterplatten (PCB) Bereich reduziert, was ermöglicht, dass kleinere, dichtere Produkte realisiert werden. Andere elektrische Anforderungen enthalten eine Reduktion des Drain-Source Einschaltwiderstands (englisch: on-resistance) (RDSON), der Kollektor-Emitter Einschaltspannung (englisch: onvoltage), VCEON, Wert, etc., für eine effizientere Leistungsanwendung. Ferner können für bestimmte Anwendungen geringe Induktanzen vorteilhaft sein, zum Beispiel Betriebe in Motorantrieben. Beispielhafte Ausführungsformen können dabei helfen, sich mit diesen und/oder anderen physikalischen Herausforderungen zu befassen und können insbesondere zu einer Steigerung der Leistungsdichte beitragen.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, welches zum Beispiel in einer MOSFET Halbbrücken-Konfiguration gestaltet ist. Ein solches Package kann zumindest einen ausreichend dünnen und somit flexiblen Halbleiterchip (insbesondere ein dünnes Plättchen) aufweisen. Genauer kann ein solches Package einen (zum Beispiel leiterrahmenartigen) Träger, einen ersten dünnen Halbleiterchip (zum Beispiel ein erstes dünnes Plättchen), welcher mit dem (zum Beispiel leiterrahmenartigen) Träger verbunden ist, eine zweite elektronische Komponente aufweisen (zum Beispiel ein zweites Plättchen), welche über dem (insbesondere oberseitigen) ersten Halbleiterchip ausgerichtet ist. Zum Beispiel kann ein oberseitiges Pad (zum Beispiel ein Drain Pad) der Rückseite der zweiten elektronischen Komponente hinzugefügt werden, um eine oberseitige Verbindung und einen Wärmepfad für den oberen Halbleiterchip herzustellen. Ferner kann es möglich sein, ein Gate auf dem oberseitigen Halbleiterchip vorzusehen, welches bevorzugt mit dem Leiterrahmen verbunden (insbesondere gelötet) ist. Darüber hinaus kann eine weitere Verbindung (insbesondere eine Gate Verbindung) mit der zweiten elektronischen Komponente hergestellt werden (zum Beispiel via einen Draht oder einen Clip). Bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, kann die beschriebene Baugruppe eingekapselt sein (insbesondere eingegossen).
-
Eine beispielhafte Ausführungsform setzt das flexible Wesen eines Halbleiterchips ein, zum Beispiel ein Siliziumplättchen, welches zu ungefähr 100 µm oder kleiner gedünnt wurde, um den schaltkreisinternen Einschaltwiderstand zu verbessern. Durch das Umdrehen einer elektronischen Komponente (zum Beispiel eines Halbleiterplättchens) und Platzieren davon oben auf einer anderen (bevorzugt ähnlich gedünnten) elektronischen Komponente (zum Beispiel ein anderes Halbleiterplättchen), kann es möglich sein, eine elektrische Konfiguration zwischen den zwei elektronischen Komponenten/Halbleiterchips (bevorzugt Plättchen) mit einem sehr geringen Widerstand sowie Induktion zu erzeugen. Da die elektronischen Komponenten/Halbleiterchips aufeinander gestapelt sein können, stellt dies auch eine Möglichkeit für ein Package mit einem geringeren Oberflächenbereich auf einer Montagebasis (zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte) bereit. Ferner ist es auch möglich, ein doppelseitiges Kühlen via das oben platzierte Plättchen zu etablieren.
-
Im Fall eines MOSFET-artigen Halbleiterchips kann insbesondere eine Halbbrücken-Konfiguration erzielt werden, mittels Verbindens der elektronischen Komponenten/Halbleiterchips in der beschriebenen Weise, wobei von einer Flexibilität von zumindest einer der elektronischen Komponenten/Halbleiterchips Gebrauch gemacht wird. Um eine korrespondierende elektronische Implementierung in einem IGBT mit Diode zu erreichen, kann die Diode ihren Katoden (insbesondere korrespondierend zu einer Basis eines Plättchens) Anschluss durch die Oberseite des Plättchens herausführen (zum Beispiel mittels Bereitstellens eines umgedrehten Feldeffekttransistors).
-
Um sicherzustellen, dass kein elektrischer Kurzschluss zwischen der Plättchenkanten-Abschlussstruktur auftritt, kann ein Schutz und eine Isolation dieses Bereichs vorteilhaft sein. Zusätzlich kann das Plättchen-Vorderseiten-Metall (FSM) dicker ausgeführt werden, und ein oder mehrere Metalle, welche zum Zusammenlöten geeignet sind, können vorteilhaft implementiert sein.
-
In einer Ausführungsform kann erstes Plättchen mit einem Leiterrahmen verbunden werden. Danach kann ein zweites Plättchen über der Oberseite des ersten Plättchens ausgerichtet werden. Das dünne obere Plättchen kann dann gebogen werden, um dieselbe Ebene wie die Plättchenbefestigung und den Leiterrahmen des unteren Plättchens zu erreichen. Ein oberes Drain Pad kann auch der Rückseite des zweiten Plättchens hinzugefügt werden, um eine oberseitige Verbindung und einen Wärmepfad für das obere Plättchen bereitzustellen. Das Gate auf dem oberen Plättchen kann auch an ein zugehöriges Leiterrahmen-Pad gelötet werden. Eine Gate Verbindung kann dann dem unteren Plättchen hinzugefügt werden (zum Beispiel kann ein Draht oder Clip verwendet werden), bevor die Baugruppe eingegossen wird. Insbesondere die Verwendung, ein Plättchen zu verbiegen, um eine Verbindung an einer anderen Ebene zu bilden, kann in Bezug auf die Kompaktheit und die Performance des Packages äußerst vorteilhaft sein.
-
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
-
Das gezeigte Package 100 weist einen Träger 102 auf. Ferner weist das Package 100 einen Halbleiterchip 104 auf, welcher einen ersten Verbindungsbereich 106 hat, an welchem der Halbleiterchip 104 bei einer ersten vertikalen Ebene 108 auf oder über dem Träger 102 montiert ist. Darüber hinaus ist ein Verbindungskörper 110 bereitgestellt. Der Halbleiterchip 104 ist gebogen, um dadurch bei einem zweiten Verbindungsbereich 112 des Halbleiterchips 104 bei einer zweiten vertikalen Ebene 114, welche verschieden von der ersten vertikalen Ebene 108 ist, mit dem Verbindungskörper 110 verbunden zu werden. Wie gezeigt, bilden der erste Verbindungsbereich 106 und der zweite Verbindungsbereich 112 beide einen Teil einer unteren Hauptoberfläche des Halbleiterchips 104.
-
Wie schematisch in 1 gezeigt ist, kann der Verbindungskörper 110 eine elektrisch leitfähige Struktur 120 (zum Beispiel einen Leiter, ein Pad, oder eine Sektion eines Leiterrahmens) oder eine andere elektronische Komponente 122 aufweisen.
-
Genauer kann der gezeigte Halbleiterchip 104 einen ersten planaren Abschnitt 138, welcher auf oder über dem Träger 102 montiert ist, einen zweiten planaren Abschnitt 140, welcher auf dem Verbindungskörper 110 montiert ist, und einen geneigten und gekrümmten Abschnitt 142 zwischen dem ersten planaren Abschnitt 138 und dem zweiten planaren Abschnitt 140 aufweisen.
-
Gemäß 1 hat das Package 100 ein Höhenprofil, wie mittels seiner gekrümmten Konfiguration entlang einer vertikalen Achse 150 gezeigt ist. Eine rein mechanische oder eine elektrisch leitfähige Verbindung kann zwischen dem Träger 102 und dem Halbleiterchip 104 bei dem ersten Verbindungsbereich 106 hergestellt werden, welcher bei einer ersten vertikalen Ebene 108 angeordnet ist, zum Beispiel mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 118 (zum Beispiel ein Haftmittel oder ein Lötmittel). Entsprechend kann der zweite Verbindungsbereich 112 des Halbleiterchips 104, welcher bei einer niedrigeren zweiten vertikalen Ebene 114 angeordnet ist, mit dem Verbindungskörper 110 rein mechanisch oder auch elektrisch verbunden werden. Dies kann mittels einer weiteren elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 118 bewerkstelligt werden, zum Beispiel ein Haftmittel oder ein Lötmittel.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eines Verfahrens zum Herstellen eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Bezugszeichen, welche für die folgende Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Packages 100 verwendet werden, beziehen sich auf die Ausführungsform von 1.
-
Wie mittels eines Blocks 202 gezeigt ist, weist das Verfahren das Montieren des Halbleiterchips 104, welcher einen ersten Verbindungsbereich 106 bei einer ersten vertikalen Ebene 108 hat, auf oder über dem Träger 102 auf. Wie mittels eines Blocks 204 gezeigt ist, weist das Verfahren ferner das Biegen des Halbleiterchips 104 auf, um dadurch den Halbleiterchip 104 bei einem zweiten Verbindungsbereich 112 des Halbleiterchips bei einer zweiten vertikalen Ebene 114, welche verschieden von der ersten vertikalen Ebene 108 ist, mit dem Verbindungskörper 110 zu verbinden.
-
Bezugnehmend auf 3 bis 8 sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen erläutert. In jeder von 3 bis 8 ist eine Draufsicht (dargestellt auf der unteren linken Seite) und zwei Querschnittsansichten (dargestellt auf der oberen Seite und der unteren rechten Seite) des jeweiligen Packages 100 gezeigt.
-
3 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vor dem Einkapseln.
-
4 zeigt das Package 100 gemäß 3 nach dem Einkapseln.
-
Das gezeigte Package 100 weist einen Träger 102 auf, welcher als eine planare Metalllage verkörpert sein kann. Der Träger 102 kann einen Teil einer strukturierten planaren Metallplatte bilden, zum Beispiel ein Leiterrahmen. Der Träger 102 kann zum Beispiel ein Die Pad sein. Zum Beispiel ist der Träger 102 aus Kupfer und/oder Aluminium.
-
Darüber hinaus weist das Package 100 einen Halbleiterchip 104 auf, welcher ein dünnes Siliziumplättchen sein kann, welches eine Dicke von zum Beispiel 20 µm hat. Der Halbleiterchip 104 kann einen ersten Verbindungsbereich 106 haben, bei welchem der Halbleiterchip 104 bei einer ersten vertikalen Ebene 108 über dem Träger 102 montiert ist.
-
Wie in 3 gezeigt ist, kann eine weitere elektronische Komponente 116 (zum Beispiel ein weiteres Halbleiterplättchen) zwischen dem Träger 102 und dem Halbleiterchip 104 angeordnet sein, so dass die Komponenten 104, 116 eine gestapelte-Plättchen Konfiguration bilden. Eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur 118, zum Beispiel eine Lötstruktur, kann zwischen dem Halbleiterchip 104 und der weiteren elektronischen Komponente 116 angeordnet sein, zum mechanischen und elektrischen Koppeln der Komponenten 104, 116 miteinander. Bevorzugt sind der Halbleiterchip 104 und die weitere elektronische Komponente 116 verbunden, um eine Halbbrücke zu bilden. Zu diesem Zweck können der Halbleiterchip 104 und die weitere elektronische Komponente 116 beide Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFET) Chips sein.
-
Darüber hinaus weist das Package 100 einen elektrisch leitfähigen Verbindungskörper 110 auf, zum Beispiel ein Pad oder einen Stift. Zum Beispiel kann der Verbindungskörper 110 einen Teil der gleichen strukturierten planaren Metallplatte (insbesondere ein Leiterrahmen) bilden wie der Träger 102. Als Folge kann der Verbindungskörper 110 bei der gleichen vertikalen Ebene wie der Träger 102 angeordnet sein. In anderen Worten können der Träger 102 und der Verbindungskörper 110 koplanar sein und können zu einem gemeinsamen Leiterrahmen gehören.
-
Aufgrund der Anwesenheit der elektronischen Komponente 116 vertikal zwischen dem Träger 102 und dem Halbleiterchip 104 ist der erste Verbindungsbereich 106 an einer unteren Hauptoberfläche des Halbleiterchips 104 bei einer erhöhten vertikalen Ebene angeordnet, im Vergleich zu einer oberen Hauptoberfläche des Verbindungskörpers 110. Um die vertikale Lücke zwischen dem Halbleiterchip 104 und dem Verbindungskörper 110 zu überbrücken, ist der Halbleiterchip 104 gebogen, um eine dreidimensional gekrümmte Konfiguration anzunehmen. Dadurch ist ein zweiter Verbindungsbereich 112 des Halbleiterchips 104 bei einer zweiten vertikalen Ebene 114, welche verschieden von der ersten vertikalen Ebene 108 ist, direkt mit dem Verbindungskörper 110 verbunden. Mittels des Biegens oder Verbiegens des dünnen Halbleiterchips 104 kann die oben genannte vertikale Lücke mittels des Halbleiterchips 104 selbst überbrückt werden, ohne das Erfordernis eines Clips, eines Bonddrahts oder Ähnlichem. Dies kann es ermöglichen, das Package 100 gemäß 3 und 4 in einer kompakten und leichtgewichtigen Weise sowie mit einem geringen Aufwand herzustellen. Darüber hinaus kann die beschriebene direkte Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 104 und dem Verbindungskörper 110 die Signalpfade kurz halten, was zu einem geringen Verlust und einer Signalübertragung mit hoher Qualität führt.
-
Während des Herstellens des Packages 100 kann der Halbleiterchip 104 in einen verbogenen Zustand gebogen werden und kann fest mit einer permanenten Biegedehnung an der elektronischen Komponente 116 bzw. dem Verbindungskörper 110 verbunden werden. Während des Biegens kann der Halbleiterchip 104 elastisch deformiert werden, während er (zum Beispiel mittels Lötens) mit der elektronischen Komponente 116 und dem Verbindungskörper 110 verbunden wird. Um die Biegsamkeit des Halbleiterchips 104 zu fördern, kann eine Chipdicke, d, des Halbleiterchips 104 ausreichend klein sein, bevorzugt kleiner als 50 µm, und besonders bevorzugt 20 µm oder kleiner.
-
Wie in 4 gezeigt ist, kann das Package 100 eine Einkapselung 124 aufweisen, welche den Halbleiterchip 104, einen Teil des Trägers 102, und einen Teil des Verbindungskörpers 110 einkapselt. Die Einkapselung 124 kann zum Beispiel eine formmassenartige Einkapselung sein. Das Einkapseln kann mittels Überspritzens (englisch: overmolding) ausgeführt werden. Da der Halbleiterchip 104 mit der Oberseite der weiteren elektronischen Komponente 116 sowie mit einer Oberseite des Verbindungskörpers 110 mittels Lötens oder Ähnlichem verbunden sein kann, kann der bevorzugt elastisch gebogene Halbleiterchip 104 sowohl mit der weiteren elektronischen Komponente 116 als auch mit dem Verbindungskörper 110 unter permanenter Spannung verbunden sein. Das Einkapseln des gebogenen Halbleiterchips 104 mittels einer formmassenartigen Einkapselung 124 kann äußerst vorteilhaft zum mechanischen Stabilisieren des gebogenen Halbleiterchips 104 in dem gewünschten dargestellten gebogenen Zustand sein. Dies kann die mechanische und die elektrische Zuverlässigkeit und somit die Performance des Packages 100 verbessern.
-
Wie in 3 und auch in 4 gezeigt ist, ist ein Wärmeableitungskörper 126 oben auf dem Halbleiterchip 104 montiert. Zum Beispiel kann der Wärmeableitungskörper 126 eine Metalllage oder Schicht sein. Insbesondere kann der Wärmeableitungskörper 126 ein Metallblock sein, zum Beispiel ein Kupferblock. Der Wärmeableitungskörper 126 kann aus einem Material sein, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit (zum Beispiel mindestens 50 W/mK) hat. Wie in 4 gezeigt ist, liegt eine obere Hauptoberfläche des Wärmeableitungskörpers 126 in Bezug auf die Einkapselung 124 an einer oberen Hauptoberfläche des Packages 100 frei, zum Fördern des oberseitigen Kühlens. Während des Betriebs des Packages 100 können die Halbleiterchips 104, 116 eine beträchtliche Wärmemenge erzeugen, welche zumindest teilweise mittels des Wärmeableitungskörpers 126 an einer Oberseite aus dem Package 100 abgeleitet werden kann.
-
Wie gezeigt ist, sind auch eine untere Hauptoberfläche des Trägers 102 und eine untere Hauptoberfläche des Verbindungskörpers 110 in Bezug auf die Einkapselung 124 freiliegend. Somit können sowohl der Träger 102 als auch der Verbindungskörper 110 zur Wärmeableitung aus dem Package 100 an einer Unterseite beitragen. Somit kann ein doppelseitiges Kühlen des Packages 100 mittels des Zusammenwirkens des Wärmeableitungskörpers 126, des Trägers 102, und des Verbindungskörpers 110 bewerkstelligt werden. Darüber hinaus können die freiliegenden Oberflächen des Trägers 102 und des Verbindungskörpers 110 als elektrische Anschlüsse des Packages 100 zum Verbinden der elektronischen Komponenten/Halbleiterchips 104, 116 mit einer elektronischen Peripherie des Packages 100 fungieren (zum Beispiel mit einer gedruckten Leiterplatte, auf welcher das Package 100 zum Beispiel mittels Lötens montiert ist, nicht gezeigt).
-
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, weist das Package 100 einen weiteren Verbindungskörper 128 auf, welcher mit dem Halbleiterchip 104 via Lötmaterial verbunden ist. Zum Beispiel kann der weitere Verbindungskörper 128 ein weiteres Pad oder Stift sein. Es ist möglich, dass der weitere Verbindungskörper 128 einen Teil der gleichen strukturierten planaren Metallplatte (insbesondere ein Leiterrahmen) bildet wie der Träger 102 und der Verbindungskörper 110. Als Folge kann der weitere Verbindungskörper 128 bei derselben vertikalen Ebene wie der Träger 102 und der Verbindungskörper 110 angeordnet sein. In anderen Worten sind der Träger 102, der Verbindungskörper 110, und der weitere Verbindungskörper 128 koplanar und können zu einem gemeinsamen Leiterrahmen gehören.
-
Noch bezugnehmend auf den weiteren Verbindungskörper 128, kann ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 130 (zum Beispiel ein Bonddraht, welcher als Gate-Draht bezeichnet werden kann) zum Verbinden des weiteren Verbindungskörpers 128 mit dem Halbleiterchip 104 via Lötmaterial bereitgestellt sein.
-
Wie bereits erwähnt, weist das Package 100, welches in 3 und 4 gezeigt ist, die zwei elektronischen Komponenten/Halbleiterchips 104, 116 auf, welche als dünne Plättchen MOSFETs konfiguriert sein können, welche in einer Halbbrücken-Konfiguration verbunden sind. Die untere elektronische Komponente 116 und der obere Halbleiterchip 104 können mittels Lötens mit einem vorderseitigen Metall verbunden sein, um eine Plättchen-zu-Plättchen Verbindung herzustellen. Der obere Halbleiterchip 104 ist ein MOSFET-Plättchen, welches gebogen ist, um zusätzlich auch den Verbindungskörper 110 zu berühren, welcher hier als ein Leiterrahmen-Pad konfiguriert ist.
-
Genauer kann der Verbindungskörper 110 ein Source Pad darstellen. Mit dem Bezugszeichen 158 zeigt 3 auch ein Gate Pad auf dem oberen Halbleiterchip 104. Wie mit dem Bezugszeichen 160 angedeutet, kann ein Drain Pad auf einer Rückseite des Halbleiterchips 104 gelötet sein. Entsprechend sind auch ein weiteres Drain Pad 164 und ein weiteres Gate Pad 166 angedeutet.
-
4 zeigt das Package 100 von 3 nach der Einkapselung mittels einer Formmasse. In anderen Worten können die dünnen Plättchen-MOSFETs in der Halbbrücken-Konfiguration mit einer Einkapselung 124 überspritzt werden. 4 zeigt auch eine oberseitige Kühlverbindung in Form des Wärmeableitungskörpers 126, welcher über die Einkapselung 124 hinaus freiliegt.
-
5 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor der Einkapselung. 6 zeigt das Package 100 gemäß 5 nach der Einkapselung.
-
Gemäß 5 und 6 leitet der Wärmeableitungskörper 126 nicht nur Wärme von dem Halbleiterchip 104 ab, sondern erfüllt die zusätzliche Funktion des elektrischen Koppelns des weiteren Verbindungskörpers 128 mit einem oberseitigen Anschluss des Halbleiterchips 104. Zu diesem Zweck ist der Wärmeableitungskörper 126 aus 5 und 6 als ein Clip 170 konfiguriert, d. h. als eine dreidimensional gebogene Metallplatte.
-
Darüber hinaus unterscheidet sich die Ausführungsform von 5 und 6 von der Ausführungsform von 3 und 4 insbesondere darin, dass die dünnen Plättchen-MOSFETs, welche in der Halbbrücken-Konfiguration verbunden sind, eine alternative Drain Pad Verbindungsarchitektur gemäß 5 und 6 haben. Der genannte Clip 170 kann auch eine Drain Pad Verbindungsfunktion haben, siehe Bezugszeichen 174, und kann somit als Drain Pad Clip bezeichnet werden. Wie am besten in 6 zu sehen ist, liegt eine obere Hauptoberfläche des Clips 170 nach dem Einkapseln über die Einkapselung 124 hinaus frei, wobei dadurch ein oberseitiges Kühldesign gebildet wird.
-
7 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor dem Einkapseln. 8 zeigt das Package 100 gemäß 7 nach dem Einkapseln.
-
Gemäß 7 und 8 ist der Halbleiterchip 104 an beiden gegenüberliegenden Endabschnitten davon in Bezug auf seinen zentralen Abschnitt gebogen, um dadurch bei einem dritten Verbindungsbereich 132 des Halbleiterchips 104 bei einer dritten vertikalen Ebene 134 mit dem weiteren Verbindungskörper 128 verbunden zu werden. In der gezeigten Ausführungsform ist die dritte vertikale Ebene 134 verschieden von (insbesondere niedriger als) die erste vertikale Ebene 108 und ist identisch zu der zweiten vertikalen Ebene 114 (alternativ kann die dritte vertikale Ebene 134 auch verschieden von der zweiten vertikalen Ebene 114 sein, nicht gezeigt).
-
Gemäß 7 und 8 kann eines von dem Halbleiterchip 104 und der weiteren elektronischen Komponente 116 ein isoliertes Gate Bipolartransistorchip (IGBT, siehe Bezugszeichen 111) sein, und das andere von dem Halbleiterchip 104 und der weiteren elektronischen Komponente 116 kann ein Diodenchip (siehe Bezugszeichen 113) sein. Ausführlicher bezugnehmend auf die Ausführungsform von 7 und 8 kann der IGBT 111 in Form der elektronischen Komponente 116 anfänglich mit einem Leiterrahmen-Kollektor oder Kathodenpad verbunden werden. Der Diodenchip 113 (korrespondierend zu dem Halbleiterchip 104), welcher einen vorderseitigen Ausgang für den Kathodenanschluss enthält, kann dann über die Oberseite des IGBT-Plättchens gelegt werden, so dass das flexible Wesen seines dünnen Siliziums dann eine Verbindung zu dem Leiterrahmen bei der gleichen vertikalen Ebene wie die IGBT-Plättchenbefestigung bereitstellen kann. Eine Gate-Verbindung kann dann dem IGBT 111 hinzugefügt werden, und die Baugruppe kann eingekapselt werden, zum Beispiel mittels Formens. Somit zeigt die Konfiguration von 7 und 8 eine dünne Plättchen-IGBT und FRED (schnelle Wiederherstellung epitaxiale Diode; englisch: fast-recovery epitaxial diode) Konfiguration, wobei die FRED ihre Katode durch die Oberseite vorgesehen hat.
-
Die Ausführungsform von 7 und 8 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 3 bis 6 nicht nur durch die Kombination eines Bipolartransistors und einer Diode (anstelle von der Kombination von zwei MOSFETs), sondern zusätzlich durch die Tatsache, dass gemäß 7 und 8 der obere Halbleiterchip 104 zwei gebogene Sektionen aufweist. Mittels dieser zwei gebogenen, gekrümmten oder verbogenen Sektionen stellt das Package 100 drei Verbindungen an verschiedenen vertikalen Ebenen bereit, genauer eine erhöhte vertikale Ebene zwischen zwei niedrigeren (und zum Beispiel identischen) vertikalen Ebenen.
-
Genauer zeigen 7 und 8 ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 130 (zum Beispiel einen Bonddraht, hier verkörpert als ein Gate-Draht) und ein Emitter/Anode Leiterrahmen-Pad 180. Bezugszeichen 182 bezeichnet einen Anodenbereich auf der Diode. Bezugszeichen 184 zeigt ein Kollektor/Katode Leiterrahmen-Pad, und Bezugszeichen 186 zeigt einen Katodenbereich auf dem Pad. Ein IGBT Gate Pad ist mit dem Bezugszeichen 188, und ein Gate-Leiterrahmen-Pad mit dem Bezugszeichen 190 bezeichnet. Wie gezeigt, ist der obere Halbleiterchip 104 gebogen, um die Leiterrahmen-Pads an beiden Enden zu berühren.
-
Es wird angemerkt, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Merkmale ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente kombiniert werden, welche in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind. Es wird ebenfalls angemerkt, dass Bezugszeichen nicht als einschränkend für den Schutzbereich der Ansprüche auszulegen sind. Darüber hinaus soll der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Zusammensetzung, der Mittel, der Verfahren und der Schritte beschränkt sein, welche in der Beschreibung beschrieben sind. Entsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem Schutzbereich derartige Prozesse, Maschinen, Herstellung, Zusammensetzung, Mittel, Verfahren, oder Schritte enthalten.
