DE102020131070B4 - Package mit einer erhöhten Leitung und einer Struktur, die sich vertikal vom Boden des Verkapselungsmittels erstreckt, elektronisches Gerät sowie Verfahren zur Herstellung eines Packages - Google Patents

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Thomas Bemmerl
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Abstract

Ein Package (100), wobei das Package (100) Folgendes aufweist:
• einen Träger (102);
• ein elektronisches Bauteil (104), das auf dem Träger (102) montiert ist;
• ein Verkapselungsmittel (106), das zumindest einen Teil des elektronischen Bauteils (104) und zumindest einen Teil des Trägers (102) verkapselt und eine Unterseite (114) auf einem ersten vertikalen Niveau (182) aufweist;
• mindestens eine Leitung (108), die mit dem elektronischen Bauteil (104) elektrisch gekoppelt ist und einen ersten Leitungsabschnitt (110), der in dem Verkapselungsmittel (106) verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt (112), der sich an der Unterseite (114) des Verkapselungsmittels (106) aus dem Verkapselungsmittel (106) heraus erstreckt, aufweist; und
• eine Funktionsstruktur (180) an der Unterseite (114), die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau (184) erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau (182) unterscheidet wobei die Funktionsstruktur (180) mindestens eine Verlängerung (130) aufweist, die sich von der Unterseite (114) nach unten erstreckt, wobei der zweite Leitungsabschnitt (112) vertikal über die mindestens eine Verlängerung (130) hinausragt, wobei die mindestens eine Verlängerung (130) einen Teil des Verkapselungsmittels (106) bildet.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein ein Package (Packung, Packungsbaugruppe, Baugruppe, Gehäuse), ein elektronisches Gerät (elektronische Vorrichtung) und ein Verfahren zur Herstellung eines Packages.
  • Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Packages können als üblicherweise verkapselte elektronische Bauteile (Komponenten) bezeichnet werden, deren elektrische Verbindungen aus dem Verkapselungsmittel herausragen. Beispielsweise können Packages mit einer elektronischen Peripherie verbunden sein, zum Beispiel auf einer Leiterplatte montiert und/oder mit einem Kühlkörper verbunden, und können über Verbindungsstücke mit einem größeren System verbunden sein.
  • Die Packagingkosten sind ein wichtiger Faktor für die Industrie. Damit verbunden sind Leistung, Abmessungen und Zuverlässigkeit. Die verschiedenen Packaginglösungen sind vielfältig und müssen auf die Bedürfnisse einer bestimmten Anwendung abgestimmt sein.
  • Die Stromversorgung kann auf einer Montagebasis, wie zum Beispiel einer Leiterplatte (PCB), montiert werden. Probleme im Zusammenhang mit der elektrischen und mechanischen Kopplung zwischen Package und Montagebasis können die Zuverlässigkeit und Leistung einschränken.
  • Die US 2010/0283136 A1 offenbart ein Halbleiter-Package mit einem „die attach pad“, einem Halbleiterchip, einem „mold cap“, das den Halbleiterchip verkapselt, und mehreren Anschlüssen, die teilweise ebenfalls von dem „mold cap“ verkapselt sind. Bei dem Halbleiter-Package ist ein voll verkapselter Zwischenanschluss mit einer Schutzschicht bedeckt. Die US 2012/0061819 A1 offenbart ein Halbleitermodul mit einem in einem Isoliermaterial verkapselten Halbleiterchip auf einem ersten Kontaktelement, wobei der Halbleiterchip mit einem zweiten Kontaktelement elektrisch gekoppelt ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktelement ist ein Vorsprung ausgebildet, der weit über das untere Ende des zweiten Kontaktelements hinausragt.
  • Zusammenfassung
  • Es mag einen Bedarf an einem Package mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Leistung geben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Package bereitgestellt, das einen Träger, ein elektronisches Bauteil (eine elektronische Komponente), das auf dem Träger montiert ist, ein Verkapselungsmittel (Verkapselungsmaterial, eine Verkapselung), das zumindest einen Teil des elektronischen Bauteils und zumindest einen Teil des Trägers verkapselt und eine Unterseite (oder eine untere Hauptfläche) auf einem ersten vertikalen Niveau (auf einer ersten vertikalen Ebene, auf einem ersten vertikalen Level) aufweist, mindestens eine Leitung (Zuleitung, Anschluss bzw. Anschlussleitung), die mit dem elektronischen Bauteil elektrisch gekoppelt ist und einen ersten Leitungsabschnitt (Zuleitungsabschnitt, leadportion), der in dem Verkapselungsmittel verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt, der sich an der Unterseite des Verkapselungsmittels aus dem Verkapselungsmittel heraus erstreckt, aufweist, und eine Funktionsstruktur an der Unterseite, die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau unterscheidet (beispielsweise nach unten oder nach oben in Bezug auf das erste vertikale Niveau verschoben ist), aufweist, wobei die Funktionsstruktur mindestens eine Verlängerung aufweist, die sich von der Unterseite nach unten erstreckt, wobei der zweite Leitungsabschnitt vertikal über die mindestens eine Verlängerung hinausragt, wobei die mindestens eine Verlängerung einen Teil des Verkapselungsmittels bildet.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein elektronisches Gerät bereitgestellt, das ein Package mit den oben genannten Merkmalen und eine Montagebasis aufweist, auf der das Package montiert und mit der mindestens einen Leitung elektrisch gekoppelt ist.
  • Gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines Packages bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Montieren eines elektronischen Bauteils auf einem Träger, elektrisches Koppeln mindestens einer Leitung mit dem elektronischen Bauteil, Verkapseln mindestens eines Teils des elektronischen Bauteils und mindestens eines Teils des Trägers durch ein Verkapselungsmittel, das eine Unterseite auf einem ersten vertikalen Niveau aufweist, Verkapseln nur eines ersten Leitungsabschnitts der mindestens einen Leitung in dem Verkapselungsmittel, so dass sich ein zweiter Leitungsabschnitt der mindestens einen Leitung an der Unterseite des Verkapselungsmittels aus dem Verkapselungsmittel heraus (und insbesondere vertikal darüber hinaus) erstreckt, und Bilden einer Funktionsstruktur an der Unterseite, die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau unterscheidet, wobei die Funktionsstruktur mindestens eine Verlängerung aufweist, die sich von der Unterseite nach unten erstreckt, wobei der zweite Leitungsabschnitt vertikal über die mindestens eine Verlängerung hinausragt, wobei die mindestens eine Verlängerung einen Teil des Verkapselungsmittels bildet.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Package mit einem verkapselten elektronischen Bauteil, das auf einem Träger montiert ist, bereitgestellt, wobei eine oder mehrere Leitungen, die das verkapselte elektronische Bauteil elektrisch verbinden, als erhöhte Leitung(en) konfiguriert sein können, die sich nach unten über eine untere Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels hinaus erstrecken. Eine derartige Leitungskonfiguration kann eine äußerst zuverlässige elektrische Verbindung des Packages mit einer darunter befindlichen Montagebasis (zum Beispiel einer Leiterplatte) sicherstellen, da die erhöhte(n) Leitung(en) in hohem Maße geeignet sind, eine zuverlässige elektrische Verbindung mit einem Verbindungsmedium (zum Beispiel einem Lötverbindungsmedium) über einen großen Verbindungsbereich herzustellen. Zum Beispiel kann eine nach unten erhöhte Leitung entlang ihres gesamten Umfangs und auch an ihrer Unterseite mit einem Verbindungsmedium bedeckt sein. Dadurch kann eine äußerst zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Package und der Montagebasis gewährleistet werden, was zu einer hohen Leistungsfähigkeit des Packages führen kann. Darüber hinaus kann ein erhöhtes Leitungsdesign die elektrischen Pfade kurz halten und dadurch Signalverluste und den Energieverbrauch des Packages reduzieren. Vorteilhafterweise kann eine zusätzliche Funktionsstruktur (die eine oder mehrere funktionelle Unterstrukturen, wie zum Beispiel eine oder mehrere Verlängerungen und/oder eine oder mehrere Aussparungen, umfassen kann) an einer Unterseite des Verkapselungsmittels ausgebildet werden, um funktionell mit der/den erhöhten Leitung(en) zusammenzuarbeiten. Diese Funktionsstruktur kann sich bis zu einem vertikalen Niveau erstrecken, das sich von einem anderen vertikalen Niveau unterscheidet, bis zu der sich die untere Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels erstreckt. Durch eine solche Funktionsstruktur können die Eigenschaften des Packages fein abgestimmt werden, insbesondere im Hinblick auf die Einstellung der Kriechstrecke und/oder der Benetzungseigenschaften mit dem Verbindungsmediums an der Unterseite des Verkapselungsmittels. Dank einer solchen Funktionsstruktur können unerwünschte Kriechströme (zum Beispiel zwischen verschiedenen erhöhten Leitungen und/oder zwischen einer erhöhten Leitung und dem Träger) stark unterdrückt werden. Es kann auch möglich sein, einen unbeabsichtigten Lotfluss in unerwünschte Bereiche der Packageoberfläche zu unterbinden.
  • Beschreibung weiterer beispielhafter Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages, des elektronischen Geräts und des Verfahrens erläutert.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Package“ insbesondere ein elektronisches Element bezeichnen, das ein oder mehrere elektronische Bauteile umfassen kann, die auf einem Träger montiert (angebracht) sind. Diese Bestandteile des Packages können optional zumindest teilweise durch ein Verkapselungsmittel verkapselt sein. Zum Beispiel können viele Packages gleichzeitig als ein Batch hergestellt werden, bevor sie in einzelne Packages getrennt werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine Stützstruktur bezeichnen, die als mechanischer Träger (mechanische Stütze) für ein oder mehrere darauf zu montierende elektronische Bauteile dient. Mit anderen Worten, der Träger kann eine mechanische Stützfunktion erfüllen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Träger auch eine elektrische Verbindungs- bzw. Anschlussfunktion erfüllen. Ein Träger kann ein einziges Teil, mehrere Teile, die durch eine Verkapselung oder andere Packagekomponenten verbunden sind, oder eine Unterbaugruppe von Trägerabschnitten umfassen oder daraus bestehen. Der Träger kann zum Beispiel ein Die-Paddle sein.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronisches Bauelement“ insbesondere einen Halbleiterchip (insbesondere einen Leistungshalbleiterchip), ein aktives elektronisches Bauelement (wie zum Beispiel einen Transistor), ein passives elektronisches Bauelement (wie zum Beispiel eine Kapazität oder eine Induktivität oder einen ohmschen Widerstand), einen Sensor (wie zum Beispiel ein Mikrofon, einen Lichtsensor oder einen Gassensor), einen Aktor (beispielsweise einen Lautsprecher) und ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Bei dem elektronischen Bauteil kann es sich insbesondere um einen Halbleiterchip mit mindestens einem integrierten Schaltungselement (wie zum Beispiel einer Diode oder einem Transistor) in einem Oberflächenabschnitt handeln. Bei dem elektronischen Bauteil kann es sich um einen nackten Chip handeln oder es kann bereits gepackt oder verkapselt sein. Halbleiterchips, die gemäß beispielhaften Ausführungsformen realisiert werden, können insbesondere in Siliziumtechnologie, Galliumnitridtechnologie, Siliziumkarbidtechnologie usw. hergestellt werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Leitung“ insbesondere ein elektrisch leitendes (zum Beispiel streifenförmiges) Element (das gerade oder gebogen sein kann) bezeichnen, das dazu dienen kann, das elektronische Bauteil mit der Außenseite des Packages zu kontaktieren. Beispielsweise kann eine Leitung teilweise verkapselt sein und teilweise in Bezug auf ein Verkapselungsmittel freiliegen.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Verkapselungsmittel“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und vorzugsweise thermisch leitendes (wärmeleitendes) Material bezeichnen, das zumindest einen Teil eines elektronischen Bauteils und zumindest einen Teil eines Trägers sowie einen Teil der Leitung(en) umgibt. Das Verkapselungsmittel kann beispielsweise eine Formmasse (Moldverbindung) sein und kann beispielsweise durch Transfer Molding hergestellt werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Unterseite“ des Verkapselungsmittels insbesondere eine untere Seite des Verkapselungsmittels bezeichnen, die einer Hauptfläche des Verkapselungsmittels entspricht, an der das Package auf einer darunter befindlichen Montagebasis montiert ist. Die Unterseite ist somit die Seite des Verkapselungsmittels, durch die sich die eine oder die mehreren Leitungen erstrecken, um nach unten über das Verkapselungsmittel hinauszuragen. Die Unterseite des Verkapselungsmittels entspricht somit der elektrischen Anschlussseite des Packages.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „vertikales Niveau“ insbesondere ein Höhenniveau entlang einer Montagerichtung der Bestandteile des Packages und deren Anordnung während der Verwendung des Packages oder des elektronischen Geräts bezeichnen. Insbesondere kann das elektronische Bauteil oben auf dem Träger montiert sein, und Leitungen und/oder der Träger des Packages können auf der Montagebasis montiert sein. Auf der Grundlage oder relativ zu dieser Montage- oder Stapelrichtung können die verschiedenen vertikalen Niveaus (Level, Ebenen) definiert werden. Genauer gesagt definiert die Unterseite, die der unteren Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels entspricht, das erste vertikale Niveau, während sich eine Unterseite der mindestens einen unterseitigen (bodenseitigen) freiliegenden Leitung vertikal unter dem ersten vertikalen Niveau erstreckt. Jede funktionelle Teilstruktur der Funktionsstruktur kann sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau erstrecken, das höher oder niedriger als das erste vertikale Niveau sein kann.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Funktionsstruktur“ insbesondere mindestens ein strukturelles Merkmal an einer Unterseite des Verkapselungsmittels bezeichnen, das sich auf die Funktion des Packages als Ganzes und insbesondere auf die mindestens eine erhöhte Leitung auswirken kann. Bei der Funktionsstruktur kann es sich beispielsweise um eine elektrisch nicht leitende Struktur handeln, wie zum Beispiel einen dielektrischen Vorsprung oder eine Aussparung. Die Funktionsstruktur kann eine oder mehrere Funktionsunterstrukturen, wie zum Beispiel eine oder mehrere Verlängerungen und/oder eine oder mehrere Aussparungen, umfassen. Die Funktionsstruktur kann insbesondere eine elektrische Funktion, eine mechanische Funktion und/oder eine thermische Funktion haben. Ein Beispiel für eine elektrische Funktion der Funktionsstruktur ist die Verlängerung einer Kriechstrecke eines parasitären Kriechstroms entlang einer Bodenfläche des Verkapselungsmittels. Ein Beispiel für eine kombinierte mechanische und elektrische Funktion der Funktionsstruktur ist die Bereitstellung eines nicht benetzbaren Oberflächenabschnitts entlang einer Bodenfläche des Verkapselungsmittels, an dem ein Verbindungsmedium, wie zum Beispiel ein Lötmaterial, nicht haftet. Ein Beispiel für eine thermische Funktion ist die Bereitstellung einer hoch wärmeleitenden Funktionsstruktur an einer Unterseite des Verkapselungsmittels, die zur Wärmeabfuhr aus dem Package beiträgt. Eine oder mehrere Unterstrukturen der Funktionsstruktur mit gleichen und/oder unterschiedlichen Funktionen können an der Unterseite des Verkapselungsmittels bereitgestellt werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Montagebasis“ insbesondere einen Trägerkörper bezeichnen, auf dem das Package beispielsweise zusammen mit einen oder mehreren weiteren Packages montiert werden kann. Insbesondere kann ein solcher Trägerkörper mechanisch und elektrisch mit dem (den) Package(s) gekoppelt sein. Insbesondere kann die Montagebasis eine plattenförmige elektronische Montagebasis sein, wie zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (PCB). Die elektrische Verbindung zwischen der Montagebasis und dem Package kann durch ein Verbindungsmedium, wie zum Beispiel ein Löt- oder Sintermaterial, hergestellt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Package eine Mehrzahl von Leitungen, die jeweils mit dem elektronischen Bauteil elektrisch gekoppelt sind und jeweils einen ersten Leitungsabschnitt umfassen, der in dem Verkapselungsmittel verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt, der sich an einer Unterseite des Verkapselungsmittels aus dem Verkapselungsmittel heraus erstreckt. Die verkapselten Leitungsabschnitte können elektrische Signale zwischen einem Inneren und einem Äußeren des Verkapselungsmittels leiten, während die freiliegenden Abschnitte so konfiguriert sein können, dass sie eine elektrische und mechanische Verbindung mit einer Montagebasis unterhalb des Packages herstellen. Durch die Verlängerung der Leitung(en) aus dem Verkapselungsmittel an der Unterseite anstatt seitlich kann die Verbindungslänge zwischen dem Package und der Montagebasis reduziert werden, was Signalverluste und Energieverbrauch verringert. Außerdem kann die nach unten gerichtete Erhöhung der Leitung(en) eine große Verbindungsfläche zwischen Leitung(en) und Löt- oder Sintermaterial schaffen.
  • Die Funktionsstruktur umfasst mindestens eine Verlängerung, die sich von der Unterseite oder der unteren Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels nach unten erstreckt. Mit anderen Worten kann das zweite vertikale Niveau niedriger sein als das erste vertikale Niveau. Die Verlängerung kann ein physischer Körper sein, der vertikal über die untere Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels hinausragt. In einer solchen Konfiguration kann die Funktionsstruktur den Isolationsabstand vergrößern, um einen Kriechstrom zu verhindern, der unbeabsichtigt entlang einer Außenfläche des Verkapselungsmittels fließt. Daher kann die Funktionsstruktur den Isolationsabstand vergrößern, d.h. sie kann den Abstand zwischen einer Elektrode (zum Beispiel einer Leitung) und einer anderen Elektrode (zum Beispiel einer anderen Leitung oder einem Träger) entlang der Oberfläche der Formmasse vergrößern.
  • Der zweite Leitungsabschnitt der mindestens einen Leitung ragt nach unten über die mindestens eine Verlängerung hinaus. Indem die mindestens eine nach unten vorstehende Funktionsstruktur so konfiguriert wird, dass sie sich vertikal nicht bis zu einem unteren Ende der mindestens einen nach unten erhöhten Leitung erstreckt, kann jede unerwünschte Wechselwirkung (zum Beispiel im Hinblick auf die Montage des Packages auf einer Montagebasis) zwischen der/den nach unten vorstehenden Leitung(en) und der nach unten vorstehenden Funktionsstruktur vermieden werden.
  • Die mindestens eine Verlängerung bildet einen Teil des Verkapselungsmittels. Mit anderen Worten, die mindestens eine verlängerungsartige Funktionsstruktur kann integral (einstückig) mit dem Verkapselungsmittel ausgebildet sein. Insbesondere kann die mindestens eine verlängerungsartige Funktionsstruktur aus demselben Material wie das Verkapselungsmittel gemacht sein. So kann die Funktionsstruktur beispielsweise als Formvorsprung oder Formkörperverlängerung eines Mold-artigen Verkapselungsmittels ausgebildet sein. Diese Ausführungsform hat Vorteile: Zum einen kann die verlängerungsartige Funktionsstruktur gleichzeitig mit dem Verkapselungsprozess hergestellt werden, so dass ein separater Herstellungsprozess zur Bildung der Funktionsstruktur entbehrlich wird. Darüber hinaus ist die mechanische Integrität des Packages besonders stabil, wenn die Funktionsstruktur als Teil des Verkapselungsmittels und nicht als separates Bauteil ausgebildet ist. Drittens sind die intrinsischen Materialeigenschaften von Formmassen, die für die Verkapselung einer oder mehrerer elektronischer Bauteile des Packages verwendet werden, sehr gut geeignet, um eine Kriechstrecke zu verlängern, während sie gleichzeitig nicht von Lot benetzbar sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Funktionsstruktur mindestens eine Aussparung, die sich von der Unterseite oder der unteren Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels nach oben in das Verkapselungsmittel erstreckt. In einer solchen Ausführungsform befindet sich das zweite vertikale Niveau oberhalb des ersten vertikalen Niveaus. Das Bilden eines Blindlochs (Sacklochs) in dem Verkapselungsmittel an dessen Unterseite kann auch die Länge einer Bahn verlängern, entlang der ein Kriechstrom zwischen verschiedenen elektrisch leitenden Elementen des Packages fließen muss, und kann daher die elektrische Zuverlässigkeit des Packages verbessern. Darüber hinaus kann eine solche Aussparung ein Fließen von Lötmaterial in unerwünschte Bereiche des Packages verhindern.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Package eine Mehrzahl von Leitungen, die jeweils mit dem elektronischen Bauteil elektrisch gekoppelt sind und jeweils einen ersten Leitungsabschnitt umfassen, der in dem Verkapselungsmittel verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt, der sich an der Unterseite des Verkapselungsmittels aus dem Verkapselungsmittel heraus erstreckt. Insbesondere können sich alle Leitungen des Packages aus der Unterseite des Verkapselungsmittels heraus erstrecken. Dies kann zu einer kompakten Bauweise des Packages beitragen und kurze elektrische Pfade und damit einen verlustarmen Betrieb und einen geringen Energieverbrauch des Packages gewährleisten.
  • In einer Ausführungsform ist mindestens eine Teilstruktur (Unterstruktur, Substruktur) der Funktionsstruktur seitlich zwischen verschiedenen der Leitungen angeordnet. Somit kann die Funktionsstruktur benachbarte Leitungen räumlich trennen und dadurch die dielektrische Entkopplung zwischen den Leitungen fördern. Dies kann zu einer Vergrößerung der Kriechstrecke beitragen und damit die elektrische Zuverlässigkeit des Packages erhöhen. Auch ein unbeabsichtigtes Anhaften von Lot an der Unterseite des Verkapselungsmittels abseits der Leitungen kann durch die Einfügung einer nicht benetzbaren Funktionsstruktur zwischen benachbarten Leitungen verhindert werden.
  • Vorzugsweise wird die Isolierung durch die Funktionsstruktur nicht nur gegenüber dem Träger (zum Beispiel Die-Paddle), d.h. zwischen Träger und Leitung(en), sondern auch zwischen den Leitungen gewährleistet.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Träger einen ersten Trägerabschnitt, der in dem Verkapselungsmittel verkapselt ist, und einen zweiten Trägerabschnitt, der sich an der Unterseite des Verkapselungsmittel aus dem Verkapselungsmittel heraus erstreckt. Wenn ein Teil des Trägers, der dem elektronischen Bauteil zugewandt ist, innerhalb des Verkapselungsmittel angeordnet ist, kann dies zur elektrischen Zuverlässigkeit des Packages beitragen. Wenn jedoch ein anderer Teil des Trägers sich aus dem Verkapselungsmittel heraus erstreckt, hat dies die folgenden zusätzlichen Vorteile: Erstens kann der freiliegende Teil des Trägers Wärme aus dem Package ableiten und dadurch die thermische Leistung verbessern. Zweitens kann der freiliegende Trägerabschnitt direkt elektrisch mit einer Montagebasis verbunden werden, zum Beispiel durch eine Lötverbindung. Dies hält die elektrischen Pfade kurz und die Verluste und den Energieverbrauch des Packages gering.
  • In einer Ausführungsform ist mindestens eine Teilstruktur (Unterstruktur, Substruktur) der Funktionsstruktur seitlich zwischen dem Träger und der mindestens einen Leitung angeordnet. Vorteilhafterweise kann eine Funktionsstruktur zwischen einem freiliegenden Teil des Trägers und einem freiliegenden Teil einer Leitung Kriechströme unterdrücken und eine unbeabsichtigte Benetzung von nicht gelöteten Oberflächenbereichen des Packages vermeiden.
  • In einer Ausführungsform ist mindestens eine Unterstruktur der Funktionsstruktur so konfiguriert, dass sie eine Kriechstrecke entlang einer äußeren Oberfläche (Außenfläche) des Verkapselungsmittels verlängert. Eine vergrößerte Kriechstrecke kann eine vergrößerte Länge eines kürzesten Weges zwischen zwei leitenden Materialien (insbesondere zwischen Leitungen oder zwischen Leitung und Träger), gemessen entlang der Oberfläche eines Isolators (insbesondere des Verkapselungsmittels), der die Leitungen trennt, bezeichnen. Vorteilhafterweise kann die Funktionsstruktur die Kriechstrecke verlängern und einen Kriechweg komplexer gestalten, wodurch der Schutz des Packages gegen Kurzschlüsse aufgrund von Kriechstromfluss erhöht wird. Anschaulich ausgedrückt kann ein Kriechstrom, der beispielsweise zwischen verschiedenen Leitungen an der Unterseite des Verkapselungsmittels oder zwischen einer solchen erhöhten Leitung und einem freiliegenden Teil eines metallischen Trägers fließt, durch die Funktionsstruktur verlängert werden, da dieser Kriechstrom dann gezwungen sein kann, entlang eines zusätzlichen Pfades entlang der Funktionsstruktur zu fließen.
  • In einer Ausführungsform ist die Funktionsstruktur aus einem Material gemacht, das von Lötmaterial nicht benetzbar ist. Zum Beispiel ist ein Lötstopplack (Lötresist) für diesen Zweck sehr geeignet. Insbesondere kann ein solcher Lötstopplack eine dünne, lackartige Polymerschicht sein, die in Form einer erhöhten Funktionsstruktur aufgebracht werden kann, um die Bildung von Lötbrücken zwischen eng beieinander liegenden Lötpads, Leitungen bzw. Anschlüssen und/oder freiliegenden Bereichen eines metallischen Trägers zu verhindern. In diesem Zusammenhang kann eine Lötbrücke eine ungewollte elektrische Verbindung zwischen zwei Leitern durch Lötmaterial bezeichnen.
  • In einer Ausführungsform ist die Funktionsstruktur eine wandförmige Struktur. Die Funktionsstruktur kann beispielsweise eine lineare (zum Beispiel gerade) Form haben und die Form einer Leiste bzw. Rippe oder einer Barriere annehmen, die durch einen Fluss von Lot, Flussmittel, Sintermaterial, leitendem oder nicht leitendem Klebstoff oder anisotropem Klebstoff in unerwünschte Oberflächenbereiche an der Unterseite des Verkapselungsmittels überwunden werden muss.
  • In einer Ausführungsform ist die Funktionsstruktur eine ringförmige Struktur. Insbesondere kann eine kreisförmige oder rechteckige Anordnung einer die Leitungen umgebenden, ringförmigen Formerhebung, beispielsweise mindestens ein Formring, vorteilhaft sein. Wenn die Funktionsstruktur aufgrund ihrer geschlossenen Ringform einen inneren Bodenbereich des Verkapselungsmittels ringsum umschließt, kann dieser Bereich durch die Funktionsstruktur zuverlässig vor dem Eindringen unerwünschter Materialien, wie zum Beispiel fließfähigem Lot oder Feuchtigkeit, geschützt werden.
  • In einer Ausführungsform erstreckt sich der zweite Leitungsabschnitt ausschließlich an der Unterseite aus dem Verkapselungsmittel heraus. Somit können sowohl die Oberseite als auch die Seitenwände des Verkapselungsmittels frei von durch sie hindurchragenden Leitungen sein. Alle Leitungen des Packages können sich aus der unteren Hauptoberfläche des Verkapselungsmittels heraus erstrecken und vorzugsweise alle darüber hinausragen. Der gesamte elektrische Anschluss des Packages kann dann an der Unterseite erfolgen, was die kompakte Bauweise des Packages weiter fördert. Das gesamte Package, mit Ausnahme der Unterseite, kann durchgängig durch das dielektrische Material des Verkapselungsmittels begrenzt sein.
  • In einer Ausführungsform erstreckt sich bzw. verläuft der zweite Leitungsabschnitt, insbesondere die gesamte mindestens eine Leitung, im Wesentlichen vertikal (vorzugsweise gerade, anstatt dreidimensional gebogen zu sein und horizontale und vertikale Abschnitte aufzuweisen). Die vollständig vertikale Erstreckung der einen oder mehreren Leitungen hält die elektrischen Verbindungswege kurz, begrenzt die Verluste und hält den Energieverbrauch des Packages gering.
  • In einer Ausführungsform verjüngt sich der zweite Leitungsabschnitt von der Unterseite des Verkapselungsmittels zu einer unteren Oberfläche des zweiten Leitungsabschnitts. Dies kann das Ergebnis einer Herstellung des unteren Teils der Leitungen durch ein Ätzverfahren, insbesondere ein anisotropes Ätzverfahren, sein. Insbesondere kann eine nach innen gekrümmte oder konkave Form des zweiten Leitungsabschnitts seine Verbindungsfläche mit dem Löt- oder Sintermaterial vergrößern und dadurch eine zuverlässige und feste Löt-, Klebe- oder Sinterverbindung fördern.
  • In einer Ausführungsform ist der Träger mit dem elektronischen Bauteil elektrisch gekoppelt. Somit kann der Träger nicht nur als mechanischer Träger dienen, sondern auch eine elektrische Verbindung mit dem elektronischen Bauteil herstellen. Auf diese Weise kann ein Teil des Trägers, der sich über das Verkapselungsmittel hinaus erstreckt, direkt elektrisch mit einem Pad der Montagebasis verbunden werden. Der Träger kann zum Beispiel aus Metall sein.
  • In einer Ausführungsform sind die untere Oberfläche der mindestens einen Leitung und die untere Oberfläche des Trägers koplanar, d.h. sie liegen in derselben Ebene. Dies fördert die ordnungsgemäße Montage des Packages auf einer flachen Montagebasis, zum Beispiel einer Leiterplatte (PCB).
  • In einer Ausführungsform sind die obere Oberfläche der mindestens einen Leitung und die obere Oberfläche des Trägers koplanar, d.h. sie liegen in derselben Ebene. Eine solche Konfiguration ermöglicht die Herstellung des Trägers und der Leitungen aus einer Metallplatte, die nur noch mit einem Muster bzw. einer Struktur versehen werden muss, um Träger und Leitungen zu bilden.
  • In einer anderen Ausführungsform ragt eine obere Fläche der mindestens einen Leitung über eine obere Fläche des Trägers hinaus, insbesondere so, dass die obere Fläche der mindestens einen Leitung koplanar mit einer obere Fläche des elektronischen Bauteils ist, d.h. in derselben Ebene liegt. Vorzugsweise kann der Vorsprung einer oberen Fläche der einen oder mehreren Leitungen über Oberseite des Trägers hinaus identisch oder im Wesentlichen identisch mit einer Dicke des elektronischen Bauteils sein. Bei einer solchen Konfiguration kann ein flächiges elektrisch leitendes Verbindungselement, insbesondere mindestens ein Clip, zur elektrischen Kopplung der oberen Fläche der mindestens einen Leitung mit einer oberen Fläche des elektronischen Bauteils verwendet werden, ohne dass ein Höhenunterschied ausgeglichen werden muss. Ein solcher Clip kann dann flach sein und sowohl mit einer Oberseite des elektronischen Bauteils als auch mit einer Oberseite der einen oder mehreren Leitungen verbunden werden. Dies führt zu einer einfachen Herstellbarkeit und einem kompakten Design des Packages.
  • In einer Ausführungsform bilden der Träger und die mindestens eine Leitung einen Teil eines gemeinsamen strukturierten Metallblechs (common patterned metal sheet). Dementsprechend kann das Verfahren die Bildung des Trägers und der mindestens einen Leitung durch Strukturierung eines ebenen Metallblechs, insbesondere durch Ätzen, umfassen. Vorteilhafterweise können der Träger und die mindestens eine Leitung durch ein erstes partielles (teilweise) Ätzen einer Oberseite des Metallblechs (vorzugsweise vor der Bauteilmontage und Verkapselung durchgeführt) und ein zweites partielles Ätzen einer Unterseite des Metallblechs (vorzugsweise nach der Verkapselung durchgeführt) gebildet werden. Ein solches durchgehendes Metallblech kann zunächst an einer Oberseite vor dem Zusammenbau des Bauteils und vor der Verkapselung halbgeätzt werden. Danach kann das Metallblech an der Unterseite halb geätzt werden, um so die Metallplatte in den Träger und die Leitung(en) zu trennen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Package mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement, insbesondere mindestens einen Bonddraht oder mindestens einen Clip, der das elektronische Bauteil mit der mindestens einen Leitung elektrisch koppelt und zumindest teilweise von dem Verkapselungsmittel verkapselt ist. Alternativ zu einem Bonddraht ist auch die Verwendung eines Bondbandes möglich.
  • In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Leitung säulenförmig. Dies vereinfacht die Benetzung des erhöhten Leitungsabschnitts mit einem Löt- oder Sintermaterial entlang des gesamten Leitungsumfangs, um so eine hohe elektrische Verbindungsfläche zu erreichen.
  • In einer Ausführungsform ist das Package als anschlussloses Package konfiguriert. Bei einem Package mit Anschlüssen bzw. Leitungen können alle Leitungen oder Anschlüsse des Trägers seitlich aus dem Verkapselungsmittel herausragen. Im Gegensatz dazu hat ein anschlussloses Package keine seitlich abstehenden Anschlüsse, sondern verbindet das Package an ihrer Unterseite mit Pads einer Montagebasis.
  • In einer Ausführungsform umfasst das elektronische Gerät ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium, insbesondere Lötmaterial, durch das die Montagebasis mit der mindestens einen Leitung elektrisch gekoppelt ist. Das Verbindungsmedium zwischen dem Package und der Montagebasis kann beispielsweise eine Lötstruktur (insbesondere zum Diffusionslöten), eine Sinterstruktur (beispielsweise umfassend Silbersintermaterial) oder ein Klebstoff (insbesondere ein elektrisch leitfähiger Kleber) sein.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bilden mindestens einer oberseitigen Aussparung in einer oberen Hauptoberfläche eines Metallblechs, das anschließende Montieren des elektronischen Bauteils auf dem Metallblech, das anschließende Verkapseln eines oberen Abschnitts des Metallblechs und mindestens eines Teils des elektronischen Bauteils und das anschließende Bilden mindestens einer bodenseitigen Aussparung in einer unteren Hauptoberfläche des Metallblechs, so dass die mindestens eine oberseitige Aussparung und die mindestens eine bodenseitige Aussparung miteinander verbunden sind, um mindestens ein Durchgangsloch zu bilden, das das Metallblech in den Träger und die mindestens eine Leitung trennt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in den 4 bis 6 dargestellt und ermöglicht die Herstellung des Packages auf einfache Weise, indem zwei Halbätzverfahren synergistisch kombiniert werden, um Material von der Metallplatte an einer Oberseite und anschließend von einer Unterseite zu entfernen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bilden der mindestens einen oberseitigen Aussparung mit einem sich verjüngenden oder (ab)gestuften Profil, das zumindest teilweise Füllen des Profils mit Verkapselungsmittel während des Verkapselns, um dadurch die Funktionsstruktur als mindestens eine Verlängerung des Verkapselungsmittels zu bilden, und das Freilegen der mindestens einen Verlängerung durch Bilden der mindestens einen bodenseitigen Aussparung. Durch eine gestufte und sich (zur Unterseite hin) räumlich verengende Ausgestaltung der oberseitigen Aussparung in der Metallplatte kann eine verlängerungsartige Funktionsstruktur mit dem über die untere Hauptfläche hinausragenden Verkapselungsmittel einstückig ausgebildet werden. Entsprechend kann die verlängerungsartige Funktionsstruktur bzw. der Fortsatz auch eine sich verjüngende Struktur sein, zum Beispiel mit einer konischen Form oder als Kegelstumpf.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Package eine Mehrzahl von elektronischen Bauteilen, die auf dem Träger oder auf verschiedenen Trägern montiert sind. So kann das Package ein oder mehrere elektronische Bauteile enthalten (zum Beispiel mindestens ein passives Bauteil, wie zum Beispiel einen Kondensator, und mindestens ein aktives Bauteil, wie zum Beispiel einen Halbleiterchip).
  • In einer Ausführungsform umfasst das elektronische Gerät eine Montagebasis, auf der das Package montiert ist und die mit der/den Leitung(en) und/oder dem Träger elektrisch gekoppelt ist. Eine solche Montagebasis kann eine elektronische Platte (Platine) sein, die als mechanische Basis für das Package dient und mit der (den) Leitung(en) des Packages elektrisch gekoppelt werden kann.
  • In einer Ausführungsform bildet der Träger einen Teil einer Metallplatte oder einen Teil eines Leadframe. Es ist jedoch auch möglich, dass der Träger einem Stapel aufweist, der sich aus einer zentralen elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Schicht (zum Beispiel einer Keramikschicht) zusammensetzt, die auf beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen mit einer entsprechenden elektrisch leitenden Schicht (zum Beispiel einer Kupferschicht oder einer Aluminiumschicht, wobei die entsprechende elektrisch leitende Schicht eine durchgehende oder eine strukturierte Schicht sein kann) bedeckt ist. Insbesondere kann der Träger ein Direct Copper Bonding (DCB)-Substrat oder ein Direct Aluminium Bonding (DAB)-Substrat sein. Der Träger kann aber auch als Active Metal Brazing (AMB)-Substrat oder als strukturierte Metallplatte (zum Beispiel ein Leadframe) konfiguriert sein.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine elektronische Bauteil ein Leistungshalbleiterchip. Beispielsweise kann eine entsprechende Leistungshalbleiteranwendung durch den/die Chip(s) realisiert werden, wobei integrierte Schaltungselemente eines solchen Leistungshalbleiterchips mindestens einen Transistor (insbesondere einen Feldeffekttransistor, wie zum Beispiel einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), oder einen Bipolartransistor, wie zum Beispiel einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, Insulated Gate Bipolar Transistor)), mindestens eine Diode usw. umfassen können. Es ist auch möglich, dass das mindestens eine elektronische Bauteil eine Steuerschaltung, eine Treiberschaltung usw. umfasst. Eine oder mehrere dieser Schaltungen und/oder andere Schaltungen können in einem Halbleiterchip oder separat in verschiedenen Chips integriert sein. Insbesondere können Package hergestellt werden, die eine Halbbrückenfunktion, eine Vollbrückenfunktion usw. erfüllen. In einer anderen Ausführungsform kann das mindestens eine elektronische Bauteil ein Logikchip sein.
  • In einer Ausführungsform ist das Package als Leistungswandler konfiguriert, insbesondere als AC/DC-Leistungswandler oder als DC/DC-Leistungswandler. Es sind jedoch auch andere elektronische Anwendungen, wie zum Beispiel Wechselrichter usw., möglich.
  • Als Substrat oder Wafer für die Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann auch ein Siliziumoxid- oder ein anderes Isolatorsubstrat vorgesehen werden. Es ist auch möglich, ein Germanium-Substrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu verwenden. Beispielhafte Ausführungsformen können zum Beispiel in GaN- oder SiC-Technologie realisiert werden.
  • Darüber hinaus können in beispielhaften Ausführungsformen Standard-Halbleiterverarbeitungstechnologien eingesetzt werden, wie zum Beispiel geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotroper und anisotroper Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzung, Trockenätzung, Nassätzung, Laserentfernung), Strukturierungstechnologien (die lithografische Masken umfassen können), Abscheidungstechnologien (wie zum Beispiel chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Sputtern usw.).
  • Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Zeichnungen, die zum weiteren Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen dienen und einen Teil der Beschreibung darstellen, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen.
  • In den Zeichnungen:
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektronischen Geräts, das ein Package umfasst und auf einer Montagebasis montiert ist.
    • Die 4 bis 6 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Packages erhalten werden.
    • 7 bis 9 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Packages gemäß einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform erhalten werden.
    • 10 bis 12 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Packages erhalten werden.
    • 13 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Teils eines elektronischen Geräts, das ein Package mit erhöhter Leitung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst und auf einer Montagebasis zu montieren ist, die als Grundlage für eine Simulation verwendet wird.
    • 14 und 15 zeigen Bilder einer Lötverbindung zwischen einem Package mit erhöhten Leitungen und einer Montagebasis gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
    • 16 zeigt eine Unteransicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Bevor beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf deren Grundlage beispielhafte Ausführungsformen entwickelt worden sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Chip-Package mit erhöhter(n) Leitung(en) ausgestattet, die sich an der Unterseite aus einem Verkapselungsmittel heraus nach unten erstrecken, wobei letzteres an der Unterseite mit einer Funktionsstruktur versehen ist. Die mindestens eine nach unten ragende erhöhte Leitung kann einen kurzen elektrischen Pfad zwischen dem Package und einer Montagebasis gewährleisten, die das Package an seiner Unterseite mechanisch stützt und auch eine elektrische Kopplung herstellt. Folglich kann das Package auf einfache und kompakte Weise hergestellt werden. Die Funktionsstruktur, die sich beispielsweise vertikal (nach oben und/oder nach unten) von der Unterseite des Packages aus erstreckt, erfüllt mindestens eine zusätzliche Aufgabe, die mit dem Design der erhöhten Leitung korreliert werden kann, ohne dass dadurch die Komplexität des Packagedesigns oder des Herstellungsverfahrens nennenswert erhöht wird.
  • Insbesondere kann die mindestens eine zusätzliche Funktionsstruktur, die an der Unterseite des Verkapselungsmittels und damit des Packages vorgesehen ist, zur Kriechstreckenverlängerung dienen. Zusätzlich oder alternativ kann die Funktionsstruktur auch nicht benetzende Eigenschaften gegenüber dem Lötmaterial aufweisen, wodurch das Lötmaterial auf einen oder mehrere benetzbare Bereiche konzentriert wird, in denen eine Lötverbindung hergestellt werden soll. Damit kann die Funktionsstruktur unerwünschte elektrische Leiterbahnen an der Unterseite des Packages zuverlässig unterdrücken. Vorzugsweise kann eine verlängerungsartige Funktionsstruktur als Verkapselungsmittelfortsatz (zum Beispiel in Form einer Formbarriere) hergestellt werden. Ein solcher funktionaler Verkapselungsmittelfortsatz kann zum Beispiel durch partielle Ätzprozesse, die an einer Metallplatte angewendet werden, gebildet werden. Insbesondere kann ein solcher Verkapselungsmittelfortsatz auf der Grundlage eines gestuften Formprofils gebildet werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine Funktionsstruktur mit Aussparung als eine sich in das Verkapselungsmittel hinein erstreckende Vertiefung hergestellt werden.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann ein Metallblech (insbesondere Kupferblech) als Basis für ein Chip-Package verwendet werden. Das Metallblech kann durch Ätzen strukturiert werden, zum Beispiel durch Halbätzung von der Oberseite oder von der Unterseite. Um den Fluss der Ätzchemie zu erleichtern, kann das Ätzen beispielsweise von der Unterseite aus erfolgen. Danach kann ein elektronisches Bauteil (insbesondere in Form eines Chips) auf das Metallblech montiert werden. Die so entstandene Anordnung kann zur elektrischen Kopplung des elektronischen Bauteils mit der Metallplatte drahtgebunden und verkapselt (insbesondere gemoldet) werden. Das Metallblech kann dann von der anderen Seite strukturiert werden, insbesondere durch ein weiteres Halbätzverfahren. Durch das zweite Halbätzverfahren kann das Metallblech in einen Träger (der als Die-Paddle fungiert) und in einen oder einer Mehrzahl von sich nach unten erstreckende Leitungen getrennt werden. Dies kann durch die Verbindung von oberseitigen Aussparungen (die durch das erste Halbätzverfahren gebildet wurden) mit bodenseitigen Aussparungen (die durch das zweite Halbätzverfahren gebildet wurden) erreicht werden, um dadurch Durchgangslöcher zu schaffen. Auf diese Weise kann das strukturierte Blech erhöhte oder vertikal verlaufende Leitungen für das Halbleiter-Package bilden. Vorteilhafterweise kann das strukturierte Metallblech durch ein Mold-artiges Verkapselungsmittel verkapselt werden und beispielsweise eine verlängerte Formkörpererweiterung an der Unterseite aufweisen.
  • Anschlusslose bzw. zuleitungslose Packages (Jeadless packages) bieten in der Regel eine bessere elektrische Leistung und kleinere Abmessungen als Packages mit Anschlüssen bzw. Leitungen (leaded packages). Ein Grund dafür sind die kürzeren Verbindungswege. Andererseits können die Anschlüsse (Leitungen, Zuleitungen) eines anschlussloses Packages auf der Leiterplattenebene weniger zuverlässig sein. Dies führt dazu, dass viele Anwender eher auf Packages mit Anschlüssen als auf anschlusslose Packages zurückgreifen und dabei die genannten Nachteile in Kauf nehmen.
  • Um solche und/oder andere Mängel herkömmlicher Packages zu überwinden, sieht eine beispielhafte Ausführungsform ein Package vor, das als anschlussloses Package konfiguriert werden kann und das es ermöglicht, die Zuverlässigkeit auf Leiterplattenebene zu verbessern.
  • Außerdem kann die Zuverlässigkeit der Lötverbindungen eines anschlusslosen Packages ein Problem darstellen. Die Leiste (fillet) des Lots kann sowohl die Unterseite des Pads als auch die Seitenwand des Packages benetzen (für die Lead-Tip-Inspektion (LTI)). Das Lot bettet also die Leitung von unten und nur von einer Seite ein. Ermüdungs- bzw. Alterungserscheinungen des Lots sind daher eine typische Fehlerart bei Prüfungen auf Leiterplattenebene. Die geringe Flexibilität der Leitung sowie die kleine Verbindungsfläche sorgen für eine geringere Zuverlässigkeit auf Leiterplattenebene im Vergleich zu anderen, zum Beispiel Packages mit Anschlüssen. Infolgedessen kann es vorkommen, dass nur ein kleiner Teil des Pads in Lot eingebettet ist.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform sieht einen Prozessablauf vor, der die Herstellung erhöhter Leitungen für ein anschlussloses Package ermöglicht. Solche erhöhten Leitungen können als Säulen ausgebildet sein, die vollständig in Lot eingebettet sein können. Insbesondere kann die Leitung von allen fünf freiliegenden Seiten durch Lot gestützt werden, was zu einer besseren Zuverlässigkeit auf Leiterplattenebene führt als bei herkömmlichen Leitungen.
  • Ein Herstellungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die erhöhte(n) Leitung(en) für eine große Anzahl verschiedener anschlussloser Packageformen erzeugen, wie zum Beispiel SON (Small-outline No-lead) Package, QFN (Quad Flat No Leads) Package, VQFN (Very Thin Quad Flat Non-Leaded) Package usw.
  • Bei herkömmlichen Ansätzen kann sich die Beseitigung der Seitenwandbenetzung negativ auf die Zuverlässigkeit auswirken. Die Seitenwandbenetzung kann künstlich unterdrückt werden, und die daraus resultierende thermische Zyklusleistung auf der Leiterplatte (TCoB) kann erheblich sinken. Eine Erhöhung der Anzahl der eingebetteten Seitenwände kann daher eine Verbesserung der Leistung auf Leiterplattenebene ermöglichen.
  • Ein Kern einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Prozessablauf für ein anschlussloses Package, der zu erhöhten Leitungen führt, die eine verbesserte Zuverlässigkeit auf Leiterplattenebene für anschlusslose Packages bieten. Infolgedessen können kompakte anschlusslose Packages mit verbesserter elektrischer Leistung (aufgrund kürzerer Verbindungslängen) erhalten werden, die Packages mit Anschlüssen ersetzen können, wenn die Zuverlässigkeit auf Leiterplattenebene die Verwendung herkömmlicher anschlussloser Packages einschränkt.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Das abgebildete Package 100 weist einen Träger 102 auf. Auf dem Träger 102 ist ein elektronisches Bauteil 104 montiert. Außerdem ist ein Verkapselungsmittel 106 bereitgestellt, das das elektronische Bauteil 104 und einen Teil des Trägers 102 verkapselt. Das Verkapselungsmittel 106 hat eine Unterseite 114 auf einem ersten vertikalen Niveau 182. Eine Leitung 108 ist mit dem elektronischen Bauteil 104 elektrisch gekoppelt und hat einen ersten Leitungsabschnitt 110, der in dem Verkapselungsmittel 106 verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 112, der sich aus dem Verkapselungsmittel 106 an der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 heraus erstreckt. Darüber hinaus ist an der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 eine Funktionsstruktur 180 ausgebildet, die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau 184 erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau 182 unterscheidet.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eines Verfahrens zur Herstellung eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die für die folgende Beschreibung des Herstellungsverfahrens verwendeten Bezugszeichen beziehen sich auf die Ausführungsform der 1.
  • Unter Bezugnahme auf Block 202 umfasst das Verfahren das Montieren eines elektronischen Bauteils 104 auf einem Träger 102.
  • Unter Bezugnahme auf Block 204 umfasst das Verfahren ferner das elektrische Koppeln einer Leitung 108 mit dem elektronischen Bauteil 104.
  • Unter Bezugnahme auf Block 206 umfasst das Verfahren ferner das Verkapseln des elektronischen Bauteils 104 und eines Teils des Trägers 102 durch ein Verkapselungsmittel 106, das eine Unterseite 114 auf einem ersten vertikalen Niveau 182 aufweist.
  • Unter Bezugnahme auf Block 208 wird nur ein erster Leitungsabschnitt 110 der Leitung 108 in dem Verkapselungsmittel 106 verkapselt. Ein zweiter Leitungsabschnitt 112 der Leitung 108 erstreckt sich an der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 aus dem Verkapselungsmittel heraus.
  • Unter Bezugnahme auf Block 210 wird an der Unterseite 114 eine Funktionsstruktur 180 gebildet, die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau 184 erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau 182 unterscheidet.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektronischen Geräts 150, das ein Package 100 umfasst und auf einem Substrat oder einer Montagebasis 152 an einer Unterseite montiert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das Package 100 in einer anschlusslosen Package-Architektur konfiguriert.
  • Das elektronische Gerät 150 wird in SMD-Technik montiert und setzt sich aus dem Halbleiterchip-Package 100 und der Montagebasis 152 an der Unterseite des elektronischen Geräts 150 und unterhalb des Packages 100 zusammen. Die Montagebasis 152 kann als Leiterplatte (PCB) ausgeführt sein. Das Package 100 wird beispielsweise durch Löten auf der Montagebasis 152 montiert, so dass elektrisch leitende Pads 164 der Montagebasis 162 mit freien Enden der elektrisch leitenden Leitungen 108, die sich nach unten über ein Mold-artige Verkapselungsmittel 106 des Packages 100 hinaus erstrecken, elektrisch gekoppelt sind. Ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium, wie zum Beispiel Lötstrukturen, zwischen den Pads 164 einerseits und den Leitungen 108 und dem Träger 102 andererseits, ist in 3 mit den Bezugszeichen 118 dargestellt. Die Leitungen 108 sind als vertikal verlaufende Säulen ausgebildet und können daher sowohl in vollem Umfang (vollständig ringsum) als auch an einer freien Bodenfläche 116 von dem Lötmaterial benetzt werden. Dies gewährleistet eine ordnungsgemäße elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Package 100 und der Montagebasis 152.
  • Die elektrisch leitenden Leitungen 108 (zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium gemacht) des Packages 100 sind durch elektrisch leitende Verbindungselemente 128 mit Pads 170 eines elektronischen Bauteils 104 des Packages 100 elektrisch gekoppelt. In der gezeigten Ausführungsform sind die elektrisch leitenden Verbindungselemente 128 Bonddrähte, können aber in anderen Ausführungsformen auch Bondbänder oder Clips sein (siehe zum Beispiel 12).
  • Es ist möglich, dass der Träger 102 und die Leitungen 108 Teil einer gemeinsamen strukturierten Metallplatte sind, zum Beispiel in einer Leadframe-Konfiguration. Insbesondere kann der Träger 102 teilweise oder vollständig elektrisch leitfähig sein. Die Kontaktbereiche der Leitungen 108, die mit der Montagebasis 152 elektrisch gekoppelt sind, sind alle auf einer Unterseite des Packages 100 angeordnet.
  • Wie bereits erwähnt, können der Träger 102 und die Leitungen 108 auf der Grundlage einer gemeinsamen ebenen Metallplatte gebildet werden.
  • Alternativ kann der Träger 102 ein Direct Copper Bonding (DCB) Substrat, ein Direct Aluminum Bonding (DAB) Substrat oder ein Active Metal Brazing (AMB) Substrat sein.
  • Das elektronische Bauteil 104 wird mit seinem unteren Pad 170 auf einer Hauptfläche (die als Montagefläche bezeichnet werden kann) des Trägers 102 montiert, bei der es sich um eine obere Hauptfläche gemäß 3 handelt. Bei dem elektronischen Bauteil 104 kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterchip handeln, zum Beispiel einen Leistungshalbleiterchip. Der Leistungshalbleiterchip kann mindestens ein integriertes Schaltungselement in einem Halbleiterkörper umfassen. Dieses mindestens eine integrierte Schaltungselement kann beispielsweise die Funktion eines Transistors (zum Beispiel eines MOSFET oder eines IGBT) bereitstellen.
  • Wie dargestellt, kann das Package 100 ferner ein Verkapselungsmittel 106 umfassen, das das elektronische Bauteil 104, die elektrisch leitenden Verbindungselemente 128, einen Teil der Leitungen 108 und einen Teil des Trägers 102 verkapselt. Ein anderer Teil der Leitungen 108 liegt jedoch in Bezug auf das Verkapselungsmittel 106 frei, um mit der Montagebasis 152 elektrisch gekoppelt werden zu können, wie oben gezeigt und beschrieben. Darüber hinaus liegt ein weiterer Teil des Trägers 102 in Bezug auf das Verkapselungsmittel 106 frei, um ebenfalls mit der Montagebasis 152 elektrisch gekoppelt zu werden. Vorzugsweise ist das Verkapselungsmittel 106 elektrisch isolierend. Das Verkapselungsmittel 106 kann zum Beispiel eine Formmasse (oder alternativ ein weiches Verkapselungsmittel) sein.
  • Das Verkapselungsmittel 106 hat eine untere Hauptoberfläche oder Unterseite 114, die auf einem ersten vertikalen Niveau 182 angeordnet ist. Diese ist durch eine in 3 gezeigte vertikale Achse 199 angedeutet, die nach oben gerichtet ist.
  • Außerdem ist an der Unterseite 114 eine Funktionsstruktur 180 in Form von zwei Verlängerungen 130 ausgebildet, die sich von der Unterseite 114 nach unten bis zu einem zweiten vertikalen Niveau 184 erstrecken, das unterhalb des ersten vertikalen Niveaus 182 liegt. Wie bereits erwähnt, ist die Funktionsstruktur 180 gemäß 3 als Verlängerungen 130 ausgeführt, die sich von der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 nach unten erstrecken und vertikal darüber hinausragen. Wie dargestellt, liegt das zweite vertikale Niveau 184 unterhalb des ersten vertikalen Niveaus 182. Gemäß 3 sind die Verlängerungen 130 von dem Verkapselungsmittel 106 getrennt und können aus einem anderen Material als das Verkapselungsmittel 106 hergestellt sein. In der gezeigten Ausführungsform kann zumindest die freiliegende Oberfläche der Verlängerungen 130 einen Lötstopplack aufweisen, der als Anti-Benetzungsoberfläche fungiert, an der das Lötmaterial des elektrisch leitenden Verbindungsmediums 118 nicht haften kann. Die Verlängerungen 130 werden in Durchgangslöchern 160 einer Metallplatte positioniert, die zur Trennung des Trägers 102 von den Leitungen 108 strukturiert ist.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, ist jede der Leitungen 108 mit dem elektronischen Bauteil 104 durch elektrisch leitende Verbindungselemente vom Typ Bonddraht 128 elektrisch gekoppelt und umfasst einen ersten Leitungsabschnitt 110, der in dem Verkapselungsmittel 106 verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 112, der sich an der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 aus dem Verkapselungsmittel 106 heraus erstreckt. Daher sind die zweiten Leitungsabschnitte 112 in Bezug auf das Verkapselungsmittel 106 freiliegend. Freie Endabschnitte der Leitungen 108 ragen vertikal nach unten sogar über die Verlängerungen 130 hinaus bis zu einem dritten vertikalen Niveau 186, das niedriger ist als das erste vertikale Niveau 182 und niedriger als das zweite vertikale Niveau 184. Dadurch stören die Verlängerungen 130 nicht beim Verbinden der Leitungen 108 und des Trägers 100 mit der Montagebasis 152 durch Löten.
  • Wie dargestellt, ragen die zweiten Leitungsabschnitte 112 aller Leitungen 108 ausschließlich an der Unterseite 114 und im Wesentlichen vertikal aus dem Verkapselungsmittel 106 heraus. Die Seitenwände des Packages 100 bestehen daher ausschließlich aus dem Verkapselungsmittel 106 und sind frei von elektrisch leitendem Material. Dadurch wird die elektrische Zuverlässigkeit des Packages 100 weiter verbessert. Genauer gesagt verjüngen sich die zweiten Leitungsabschnitte 112 leicht von der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 in Richtung der Unterseite 116 der zweiten Leitungsabschnitte 112. Diese Verjüngung bildet eine gekrümmte oder konkave Geometrie an den Seitenwänden 120 der Leitungen 108, die die Benetzungsfläche des Lots vergrößern kann.
  • Wie ebenfalls dargestellt, sind die Verlängerungen 130 der Funktionsstruktur 180 seitlich zwischen verschiedenen der Leitungen 108 angeordnet, um als eine Barriere zu wirken zur Verhinderung einer unerwünschten Migration von Medium zwischen verschiedenen Leitungen 108. Insbesondere kann verhindert werden, dass Flüssigkeit oder Feuchtigkeit zwischen den Leitungen 108 fließt und einen Kurzschluss verursacht. Somit kann die Funktionsstruktur 180 als eine Barriere gegen Kriechströme wirken und eine Kriechstrecke größer sowie einen Kriechpfad komplexer machen. Abgesehen davon unterdrückt die Barrierefunktion der Funktionsstruktur 108 auch einen unerwünschten Lotfluss weg von den Leitungen 108.
  • Wie auch aus 3 ersichtlich ist, umfasst der Träger 102 einen ersten Trägerabschnitt 122, der in dem Verkapselungsmittel 106 verkapselt ist, und einen zweiten Trägerabschnitt 124, der sich an der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 aus dem Verkapselungsmittel 106 heraus erstreckt. In der gezeigten Ausführungsform bilden beide Trägerabschnitte 122, 124 einen Teil derselben Metallplatte. Vorteilhafterweise sind die Verlängerungen 130 der Funktionsstruktur 180 seitlich zwischen dem Träger 102 und den Leitungen 108 angeordnet, um als Barriere zur Unterdrückung einer parasitären Migration von Medium zwischen einer jeweiligen Leitung 108 und dem Träger 102 zu wirken. So kann beispielsweise vermieden werden, dass Feuchtigkeit eine Leitung 108 und den Träger 102 kurzschließt, so dass die Funktionsstruktur 108 als Barriere dient, die einen Kriechstromfluss verhindert. Darüber hinaus wird durch die Barrierefunktion der Funktionsstruktur 180 auch ein Lotfluss zwischen den Leitungen 108 und dem Träger 102 verhindert.
  • Da der Träger 102 und die Leitungen 108 auf der Grundlage einer flachen Metallplatte gebildet werden, die während des Herstellungsprozesses durch ein halbes Ätzverfahren von der Oberseite, gefolgt von einem weiteren halben Ätzverfahren von der Unterseite (in ähnlicher Weise wie in 4 und 6 gezeigt), strukturiert wird, sind die untere Oberfläche 116 der Leitungen 108 und eine untere Oberfläche 117 des Trägers 102 koplanar und liegen beide in einer horizontalen Ebene. Dementsprechend sind eine obere Oberfläche 126 der Leitungen 108 und eine obere Oberfläche 127 des Trägers 102 ebenfalls koplanar und liegen beide in einer anderen horizontalen Ebene. Diese strukturierte Plattenkonstruktion trägt zur Kompaktheit des Packages 100 bei.
  • Simulationen haben gezeigt, dass die Ausführungsform von 3 die Akkumulation der Kriechdehnung (wobei ein Volumen über Kontrollvolumina gemittelt werden kann) während eines letzten thermischen Zyklus um beispielsweise 60 % im Vergleich zu einer herkömmlichen Leitungskonfiguration verringern kann.
  • Die 4 bis 6 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines in 6 dargestellten Packages 100 erhalten werden.
  • Wie in 4 dargestellt, kann ein Metallblech 154 als Ausgangspunkt für den Herstellungsprozess verwendet werden. Optional kann das Metallblech 154 selektiv plattiert (zum Beispiel mit Silber plattiert) werden, um die Bereiche vorzubereiten, in denen später das Drahtbonden auf dem Leadframe-Metallblech 154 durchgeführt wird. Anschließend kann das Metallblech 154 von der Oberseite her strukturiert werden, zum Beispiel durch strukturiertes Nassätzen. Insbesondere kann eine strukturierte Kupferätzung nur von der Oberseite her durchgeführt werden. Als Ergebnis wird eine Mehrzahl von oberseitigen Aussparungen 156 in einer oberen Hauptfläche des flachen Metallblechs 154, zum Beispiel einer Kupferplatte, gebildet. Dies kann durch einen ersten halben Ätzprozess erreicht werden. Auf diese Weise können ein zentrales Die-Paddle oder ein Träger 102 sowie die Leitungen 108 für die Drahtbonds (zum Beispiel mit Silber vorplattiert) oder Clipbonds als oberseitige Erhöhungen im Metallblech 154 erzeugt werden. Die Unterseite des Metallblechs 154 bleibt in diesem Stadium des Herstellungsverfahrens unverändert, insbesondere als geschlossene Schicht mit einer ebenen Unterseite.
  • Wie in 5 dargestellt, können die Prozesse Die Attach, Wire Bonding und Molding durchgeführt werden. Genauer gesagt kann ein elektronisches Bauteil 104 (zum Beispiel ein Leistungshalbleiterchip, zum Beispiel ein Feldeffekttransistorchip) auf einem zentralen Abschnitt der halbgeätzten Metallplatte 154, die später den Träger 102 bilden wird, montiert werden. Daher kann ein elektronisches Bauteil 104 in Form eines Chips auf dem strukturierten Metallblech 154 an dem Abschnitt befestigt werden, der als Die-Paddle dient. Dies kann zum Beispiel durch Aufdrucken von Lotpaste und Anbringen des Chips und anschließendes Reflow-Verfahren oder durch andere Methoden des Anbringens von Chips, wie zum Beispiel Anbringen des Chips durch Kleben, Anbringen des Chips durch Sintern oder Diffusionslöten, erfolgen.
  • Danach können die seitlichen Abschnitte der strukturierten Metallplatte 154, die später die Leitungen 108 bilden werden, mit dem elektronischen Bauteil 104 elektrisch gekoppelt werden, indem elektrisch leitende Verbindungselemente 128, die hier als Bonddrähte ausgeführt sind, angeschlossen werden. Auch ein Clip für Source-Pad oder Source-Pad und Gate-Pad kann angebracht werden, zum Beispiel durch Löten. Falls nur ein Source-Clip verwendet wird, kann der Gate-Kontakt drahtgebunden sein. Bei drahtgebundenen Verbindungen kann ein selektives Plattieren auf der Metallplatte 154 vom Typ Leadframe vorgenommen werden. Dies kann zum Beispiel die Schicht sein, die vor dem ersten Kupferätzen aufgebracht wurde. Nun können Drain, Source und Gate des Chips mit dem strukturierten Metallblech 154 verbunden werden.
  • Danach können das elektronische Bauteil 104, die elektrisch leitenden Verbindungselemente 128 und ein oberer Teil der strukturierten Metallplatte 154, die später den Träger 102 und die Leitungen 108 bilden wird, mit einem Verkapselungsmittel 106 verkapselt werden. Eine Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 wird durch die Unterseite der sacklochartigen Aussparungen 156 definiert und befindet sich auf einem ersten vertikalen Niveau 182 (vgl. 6) des fertiggestellten Packages 100. Zur Verkapselung kann beispielsweise ein Formgebungsverfahren (insbesondere Map Molding, Formpressen) durchgeführt werden. Das erzeugte Verkapselungsmittel 106 kann den/die Chip(s), der/die das mindestens eine elektronische Bauteil 104 bildet/bilden, und die Drähte und/oder Clips auf dem Metallblech 154 einbetten.
  • Wie in 6 dargestellt, kann eine strukturierte Kupferätzung der Unterseite durchgeführt werden, optional begleitet von einem stromlosen Plattieren zur Verbesserung der Benetzbarkeit. Genauer gesagt kann das Herstellungsverfahren fortgesetzt werden, um in einer unteren Hauptoberfläche des Metallblechs 154 bodenseitige Aussparungen 158 zu bilden. Die bodenseitigen Aussparungen 158 können an Positionen ausgebildet werden, die sicherstellen, dass die oberseitigen Aussparungen 156 und die bodenseitigen Aussparungen 158 verbunden sind, um Durchgangslöcher 160 zu bilden, die das Metallblech 154 in den Träger 102 und die Leitungen 108 trennen. Der Träger 102 und die Leitungen 108 können somit durch Ätzen des ebenen Metallblechs 154 erzeugt werden, und zwar durch zwei aufeinanderfolgende halbe Ätzvorgänge, die von der Oberseite und anschließend von der Unterseite des Metallblechs 154 ausgeführt werden.
  • Somit ist die Unterseite des Metallblechs 154 so strukturiert, dass der Träger 102 und die Leitungen 108 voneinander getrennt sind. Dies kann durch Verwendung eines Ätzresists und selektives Kupferätzen erfolgen. In vorteilhafter Weise wird das Kupfer an den Positionen der Leitungen 108 nicht entfernt, was zu erhöhten Leitungen 108 in Form von Kupfersäulen zweiter Ebene führt. Diese säulenartigen Leitungen 108 ragen aus dem Formkörper heraus, der das Verkapselungsmittel 106 bildet. In vorteilhafter Weise können die säulenartigen Leitungen 108 während der Leiterplattenmontage vollständig in Lotpaste eingebettet sein und nach der Montage auf der zweiten Ebene vollständig in Lot eingebettet sein.
  • Um eine besonders ausgeprägte Benetzbarkeit zu erreichen, können die Leitungen 108 optional mit einer Edelmetallbeschichtung, wie zum Beispiel Zinn (Sn) oder Palladium (Pd) oder Nickel-Gold (NiAu), versehen werden. Auch können die Leitungen 108 mit einem organischen Oberflächenschutz (organic surface protect, OSP) beschichtet werden.
  • Danach können an der Unterseite 114 des Verkapselungsmittel 106 Aussparungen 131 als Funktionsstruktur 180 ausgebildet werden, die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau 184 oberhalb des ersten vertikalen Niveaus 182 nach oben erstrecken. Genauer gesagt erstrecken sich die leeren Aussparungen 131 von der Unterseite 114 nach oben in das Verkapselungsmittel 106. Im Vergleich zu der Ausführungsform von 3 sind bei dem Package 100 gemäß 6 keine nach unten ragenden Verlängerungen 130 als Funktionsstruktur 180, sondern im Gegensatz dazu nach oben ragende Aussparungen 131 vorgesehen. Die Aussparungen 131 können beispielsweise durch Ätzen, Laserbearbeitung oder mechanisches Bohren zum Abtragen von Material des Verkapselungsmittels 108 ausgehend von deren Unterseite 114 gebildet werden.
  • Die 7 bis 9 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines in 9 dargestellten Packages 100 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erhalten werden.
  • Wie in 7 dargestellt, sind die oberseitigen Aussparungen 156 in der Metallplatte 154 mit einem gestuften Profil 162 ausgebildet, das sich in Richtung oder an einem Boden 188 der gestuften Aussparungen 156 verjüngt. Dies kann durch eine entsprechende Gestaltung des Halbätzprozesses bei der Behandlung der Metallplatte 154 an ihrer Oberseite erreicht werden. Wie in 8 dargestellt, wird das gestufte Profil 162 beim Verkapseln mit Material des Verkapselungsmittels 106 gefüllt, so dass sich verengte Verlängerungen 130 als bodenseitiger Fortsätze des (zum Beispiel Mold-artigen) Verkapselungsmittels 106 bilden. Die Verkapselung erfolgt nach der Montage des Bauteils auf einer Vorform des Trägers 102 und nach der Verbindung des montierten elektronischen Bauteils 104 mit den Vorformen der Leitungen 108 durch elektrisch leitende Kontaktelemente 128, wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Wie in 9 gezeigt, können die Formverlängerungen 130 freigelegt werden, indem die bodenseitigen Aussparungen 158 durch halbes Ätzen der Metallplatte 154 von ihrer Unterseite her gebildet werden.
  • In der bevorzugten Ausführungsform des Packages 100 gemäß 9 sind die Verlängerungen 130 Teil des Verkapselungsmittels 106 und mit diesem einstückig ausgebildet. Daher können die Verlängerungen 130 gemäß 9 auch als Formkörperverlängerungen bezeichnet werden. Die gezeigte Funktionsstruktur 180 in Form von Verlängerungen 130, die vertikal über die Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 hinausragen, jedoch nicht bis zur Unterseite 116 der Leitungen 108, trennt den Träger 102 räumlich von den Leitungen 108 und trennt auch die Leitungen 108 räumlich voneinander, ohne eine unerwünschte Wechselwirkung mit der Lötverbindung zwischen den zweiten Leitungsabschnitten 112 und der Montagebasis 152 durch das elektrisch leitende Lötverbindungsmedium 118 zu verursachen. Die dielektrischen Formverlängerungen 130 können im Wesentlichen ohne zusätzlichen Herstellungsaufwand hergestellt werden und sind mit dem Rest des Verkapselungsmittels 106 an sich starr verbunden. Darüber hinaus erhöhen die Formverlängerungen 130 die Kriechstrecke zwischen Träger 102 und Leitungen 108 sowie zwischen verschiedenen Leitungen 108 und wirken als nicht benetzbare Lötbarriere. Bei den Verlängerungen 130 kann es sich beispielsweise um gerade oder gekrümmte Wände handeln, die sich in die Papierebene von 9 erstrecken, oder um eine ringsum geschlossene ringförmige Struktur.
  • Die bevorzugte Ausführungsform von 9 zeigt ein vorteilhaftes Package 100 mit einem an einer Unterseite 114 verlängerten Formkörper. In dieser Ausführungsform ist der Basis-Leadframe in Form der Metallplatte 154 so strukturiert, dass sich nach der bodenseitigen Strukturierung der Metallplatte 154 mehr als ein Tiefenniveau (an der Leadframe-Oberseite) zu der dargestellten erweiterten Formkörperstruktur ergibt. Das erhöhte Formkörpermaterial in Form der Verlängerungen 130 kann als Barriere zwischen benachbarten Pads oder Leitungen 108 dienen, was einerseits eine höhere Kriechstrecke ermöglichen kann und andererseits eine robuste Gerätemontagequalität gewährleisten kann, da der verlängerte Formkörper in vorteilhafter Weise einen Lötmangel verhindert. Der verlängerte Formkörper kann zu einer erhöhten Kriechstrecke und einer verbesserten Barriere für Lötmangel zwischen benachbarten Leitungen 108 oder Pads führen.
  • Die 10 bis 12 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines in 12 gezeigten Packages 100 erhalten wurden. In 10 ist die Metallplatte 154 auf ihrer Oberseite durch Bilden von oberseitigen Aussparungen 156 durch Halbätzung strukturiert, ähnlich wie in 4, aber mit einem anderen Muster. Wie in 11 dargestellt, wird nach der Montage des elektronischen Bauteils 104 auf der strukturierten Metallplatte 154 ein planarer Clip als flaches, elektrisch leitendes Verbindungselement 128 auf der Oberseite der strukturierten Metallplatte 154 angebracht. Nach der Verkapselung werden, wie in 12 gezeigt, der Träger 102 und die Leitungen 108 von der Metallplatte 154 getrennt durch Halbätzung von der Rückseite. Darüber hinaus können zwei wandförmige oder eine ringförmige Verlängerung 130 in eine in der Unterseite 114 des Verkapselungsmittels 106 ausgebildete Aussparung als Kriechstrominhibitor und/oder als Lotbenetzungsbarriere eingesetzt werden.
  • Das Package 100 gemäß 12 unterscheidet sich von dem Package 100 gemäß 3 insbesondere dadurch, dass in der Ausführungsform von 12 ein flacher planarer Clip als elektrisch leitendes Verbindungselement 128 zur elektrischen Kopplung der Leitungen 108 mit dem elektronischen Bauteil 104 implementiert ist. Auf Grund der Strukturierung gemäß 10 ragt eine Oberseite 126 der Leitungen 108 vertikal über eine Oberseite 127 des Trägers 102 hinaus, so dass die Oberseite 126 der Leitungen 108 koplanar mit einer Oberseite 129 des elektronischen Bauteils 104 ist. Dies ermöglicht die Implementierung eines elektrisch leitenden Verbindungselements 128 in Form eines flachen Clips zur elektrischen Kopplung der Oberseite 126 der Leitungen 108 mit der Oberseite 129 des elektronischen Bauteils 104. Die Ausführungsform gemäß 12 kann daher als „clip-attached die configuration“ bezeichnet werden.
  • 13 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Teils eines elektronischen Geräts 150, das ein Package 100 mit erhöhter Leitung 108 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst und auf einer Montagebasis 152 zu montieren ist, die als Grundlage für eine Simulation verwendet wird. Die Verbesserungen, die mit einer erhöhten Leitung 108 erzielt werden können, wurden durch die Simulation untersucht. Die Simulation wurde durchgeführt, um zu zeigen, dass eine erhöhte Leitung 108, die beispielsweise um 100 µm nach unten ragt, die Akkumulation der Kriechdehnung (Volumen gemittelt über Kontrollvolumina) während eines letzten thermischen Zyklus um 60 % im Vergleich zu einer herkömmlichen Leitung reduziert. Als ein Ergebnis kann ein Package 100 mit verbesserter Zuverlässigkeit erhalten werden.
  • 14 und 15 zeigen Bilder einer Lötverbindung zwischen einem Package 100 mit erhöhten Leitungen 108 und einer Montagebasis 152 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. 14 und 15 zeigen zwei untersuchte Versionen. Gemäß 14 ist die Seitenwand benetzt. In 15 wurde die Seitenwandbenetzung unterdrückt. Das Ergebnis der Zuverlässigkeit auf Leiterplattenebene ist, dass das Entfernen der Seitenwandbenetzung zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit um beispielsweise 25 % führen kann. Eine starke Verbesserung lässt sich daher dadurch erreichen, dass die Leitungen 108 von allen vier Seiten in Lot eingebettet werden.
  • 16 zeigt eine Unteransicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Gemäß 16 weist die Funktionsstruktur 180 eine ringförmige Struktur auf, die den Träger 102 umgibt. Darüber hinaus ist die Funktionsstruktur 180 in 16 einstückig mit dem Verkapselungsmittel 106 ausgebildet, d.h. sie ist als Formvorsprung bzw. Formvorsprünge dargestellt. Die Funktionsstruktur 180 kann eine rechteckige Wand, aber auch eine kreisförmige Wand umfassen. Ein weiterer rechteckiger oder kreisförmiger Formvorsprung kann eine entsprechende Leitung 108 umgeben, die ebenfalls Teil der Funktionsstruktur 180 ist.
  • Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „aufweisend“ (oder „umfassend“) nicht andere Elemente oder Merkmale ausschließt, und dass der Ausdruck „ein“, „eine“, „eines“ oder „einer“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden.

Claims (16)

  1. Ein Package (100), wobei das Package (100) Folgendes aufweist: • einen Träger (102); • ein elektronisches Bauteil (104), das auf dem Träger (102) montiert ist; • ein Verkapselungsmittel (106), das zumindest einen Teil des elektronischen Bauteils (104) und zumindest einen Teil des Trägers (102) verkapselt und eine Unterseite (114) auf einem ersten vertikalen Niveau (182) aufweist; • mindestens eine Leitung (108), die mit dem elektronischen Bauteil (104) elektrisch gekoppelt ist und einen ersten Leitungsabschnitt (110), der in dem Verkapselungsmittel (106) verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt (112), der sich an der Unterseite (114) des Verkapselungsmittels (106) aus dem Verkapselungsmittel (106) heraus erstreckt, aufweist; und • eine Funktionsstruktur (180) an der Unterseite (114), die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau (184) erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau (182) unterscheidet wobei die Funktionsstruktur (180) mindestens eine Verlängerung (130) aufweist, die sich von der Unterseite (114) nach unten erstreckt, wobei der zweite Leitungsabschnitt (112) vertikal über die mindestens eine Verlängerung (130) hinausragt, wobei die mindestens eine Verlängerung (130) einen Teil des Verkapselungsmittels (106) bildet.
  2. Das Package (100) nach Anspruch 1, wobei die Funktionsstruktur (180) ferner mindestens eine Aussparung (131) aufweist, die sich von der Unterseite (114) nach oben in das Verkapselungsmittel (106) erstreckt.
  3. Das Package (100) nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Mehrzahl von Leitungen (108), die jeweils mit dem elektronischen Bauteil (104) elektrisch gekoppelt sind und jeweils einen ersten Leitungsabschnitt (110), der in dem Verkapselungsmittel (106) verkapselt ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt (112), der sich an der Unterseite (114) des Verkapselungsmittel (106) aus dem Verkapselungsmittel (106) heraus erstreckt, aufweisen.
  4. Das Package (100) nach Anspruch 3, wobei die Funktionsstruktur (180) seitlich zwischen verschiedenen der Leitungen (108) angeordnet ist.
  5. Das Package (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger (102) einen ersten Trägerabschnitt (122), der in dem Verkapselungsmittel (106) verkapselt ist, und einen zweiten Trägerabschnitt (124), der sich an der Unterseite (114) des Verkapselungsmittels (106) aus dem Verkapselungsmittel (106) heraus erstreckt, aufweist.
  6. Das Package (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Funktionsstruktur (180) seitlich zwischen dem Träger (102) und der mindestens einen Leitung (108) angeordnet ist.
  7. Das Package (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei die Funktionsstruktur (180) so konfiguriert ist, dass sie eine Kriechstrecke entlang einer äußeren Oberfläche des Verkapselungsmittel (106) verlängert; wobei die Funktionsstruktur (180) durch ein Material begrenzt ist, das von Lötmaterial nicht benetzbar ist.
  8. Das Package (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei die Funktionsstruktur (180) eine wandförmige Struktur ist; wobei die Funktionsstruktur (180) eine ringförmige Struktur aufweist; wobei sich der zweite Leitungsabschnitt (112) ausschließlich an der Unterseite (114) aus dem Verkapselungsmittel (106) heraus erstreckt; wobei der zweite Leitungsabschnitt (112), insbesondere die gesamte mindestens eine Leitung (108), im Wesentlichen vertikal verläuft; wobei sich der zweite Leitungsabschnitt (112) von der Unterseite (114) des Verkapselungsmittels (106) zu einer unteren Oberfläche (116) des zweiten Leitungsabschnitts (112) hin verjüngt; das Package (100) ist als anschlussloses Package (100) konfiguriert.
  9. Das Package (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine obere Fläche (126) der mindestens einen Leitung (108) über eine obere Fläche (127) des Trägers (102) hinausragt, insbesondere so, dass die obere Fläche (126) der mindestens einen Leitung (108) koplanar mit einer oberen Fläche (129) des elektronischen Bauteils (104) ist.
  10. Das Package (100) nach Anspruch 9, aufweisend mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement (128), insbesondere mindestens einen Clip, das bzw. der die Oberseite (126) der mindestens einen Leitung (108) mit einer Oberseite (129) des elektronischen Bauteils (104) elektrisch koppelt.
  11. Ein elektronisches Gerät (150), das Folgendes aufweist: • ein Package (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und • eine Montagebasis (152), auf der das Package (100) montiert ist und die mit der mindestens einen Leitung (108) elektrisch gekoppelt ist.
  12. Das elektronische Gerät (150) nach Anspruch 11, aufweisend ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium (118), insbesondere Lötmaterial, durch das die Montagebasis (152) mit der mindestens einen Leitung (108) elektrisch gekoppelt ist.
  13. Ein Verfahren zur Herstellung eines Packages (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Montieren eines elektronischen Bauteils (104) auf einem Träger (102); • elektrisches Koppeln mindestens einer Leitung (108) mit dem elektronischen Bauteil (104); • Verkapseln mindestens eines Teils des elektronischen Bauteils (104) und mindestens eines Teils des Trägers (102) durch ein Verkapselungsmittel (106), das eine Unterseite (114) auf einem ersten vertikalen Niveau (182) aufweist; • Verkapseln nur eines ersten Leitungsabschnitts (110) der mindestens einen Leitung (108) in dem Verkapselungsmittel (106), so dass sich ein zweiter Leitungsabschnitt (112) der mindestens einen Leitung (108) aus dem Verkapselungsmittel (106) an der Unterseite (114) des Verkapselungsmittels (106) heraus erstreckt; und • Bilden einer Funktionsstruktur (180) an der Unterseite (114), die sich bis zu einem zweiten vertikalen Niveau (184) erstreckt, das sich von dem ersten vertikalen Niveau (182) unterscheidet, wobei die Funktionsstruktur (180) mindestens eine Verlängerung (130) aufweist, die sich von der Unterseite (114) nach unten erstreckt, wobei der zweite Leitungsabschnitt (112) vertikal über die mindestens eine Verlängerung (130) hinausragt, wobei die mindestens eine Verlängerung (130) einen Teil des Verkapselungsmittels (106) bildet.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren das Bilden des Trägers (102) und der mindestens einen Leitung (108) durch Strukturieren eines Metallblechs (154), insbesondere durch Ätzen, insbesondere durch ein erstes partielles Ätzen einer Oberseite und ein zweites partielles Ätzen einer Unterseite des Metallblechs (154), umfasst.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Bilden mindestens einer oberseitigen Aussparung (156) in einer oberen Hauptfläche eines Metallblechs (154); • anschließendes Montieren des elektronischen Bauteils (104) auf dem Metallblech (154); • anschließendes Verkapseln eines oberen Teils des Metallblechs (154) und mindestens eines Teils des elektronischen Bauteils (104); und • anschließendes Bilden mindestens einer bodenseitigen Aussparung (158) in einer unteren Hauptfläche des Metallblechs (154), so dass die mindestens eine oberseitige Aussparung (156) und die mindestens eine bodenseitige Aussparung (158) verbunden sind, um mindestens ein Durchgangsloch (160) zu bilden, das das Metallblech (154) in den Träger (102) und die mindestens eine Leitung (108) trennt.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Bilden der mindestens einen oberseitigen Aussparung (156) mit einem sich verjüngenden oder gestuften Profil (162); • zumindest teilweises Füllen des Profils (162) mit Verkapselungsmittel (106) während des Verkapselns, um dadurch die Funktionsstruktur (180) als mindestens eine Verlängerung (130) des Verkapselungsmittels (106) zu bilden; und • Freilegen der mindestens einen Verlängerung (130) durch Bilden der mindestens einen bodenseitigen Aussparung (158).
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