DE10348620A1

DE10348620A1 - Halbleitermodul mit Gehäusedurchkontakten

Info

Publication number: DE10348620A1
Application number: DE10348620A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dangelmaier
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-06-02
Also published as: WO2005041295A3; US7505276B2; US20060255458A1; WO2005041295A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul (10) mit einem Gehäuse (52) einer Kunststoffmasse (43) und Gehäusedurchkontakten (44) von einer Gehäuseunterseite (45) zu einer Gehäuseoberseite (46). Dazu ist das Gehäuse (52) aus mindestens zwei Kunststoffschichten (9) und (19) aufgebaut, wobei die erste Kunststoffschicht (9) Außenkontakte (48) und Schichtdurchgangskontakte (50) aufweist. Eine Umverdrahtungsstruktur (4) trägt die zweite Kunststoffschicht (19), die Halbleiterchips (3) und (5) in einer Kunststoffmasse (43) umgibt, wobei in den Randbereichen des Halbleitermoduls (10) die Gehäusedurchkontakte (44) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einem Gehäuse, einer Kunststoffmasse und Gehäusedurchkontakten von einer Gehäuseunterseite zu einer Gehäuseoberseite, wobei die Gehäuseunterseite Außenkontaktflächen aufweist.

Derartige Halbleitermodule werden in Gehäusetypen, wie Flachleitergehäusen oder flachleiterlosen Gehäusen, wie P-TSLP-Gehäusen oder P-UFLGA-Gehäusen verpackt, jedoch weisen diese Gehäusetypen keine Gehäusedurchkontakte auf. Derartige Gehäuse, insbesondere die P-TSLP-Gehäuse und die P-UFLGA-Gehäuse haben darüber hinaus den Nachteil, dass mit aufwendigen Ätzverfahren Außenkontaktstrukturen und Flachleiter hergestellt werden und Umverdrahtungsleitungen durch Dünnätzen von Flachleiter erzeugt werden. Enge Toleranzen sind somit nicht realisierbar und die Koplanarität der Außenstrukturen ist schwierig zu erreichen. Die geringe Reproduzierbarkeit beim Herausätzen von Außenkontaktstrukturen und insbesondere beim Dünnätzen von Umverdrahtungsleitungen verursacht unakzeptable Ausschussraten bei der Fertigung derartiger Bauteile. Außerdem wird beim Dünnätzen ein hoher Aufwuchs in Randbereichen beobachtet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleitermodul mit Gehäuse zu schaffen, dass in der Fertigung eine verminderte Ausschussrate verspricht, eine zuverlässige verbesserte Reproduzierbarkeit der Gehäusestruktur ermöglicht, sowie einen vereinfachten Zusammenbau der Komponenten eines Halbleitermoduls zulässt.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleitermodul mit einem Gehäuse und einer Kunststoffmasse und Gehäusedurchkontakten von einer Gehäuseunterseite zu einer Gehäuseoberseite geschaffen, wobei die Gehäuseunterseite Außenkontaktflächen von Außenkontakten aufweist. Diese Außenkontakte sind bis auf die Außenkontaktflächen in einer ersten Kunststoffschicht des Gehäuses eingebettet. Neben den eingebetteten Außenkontakten weist die erste Kunststoffschicht des Gehäuses Schichtdurchkontakte zu den Außenkontakten auf. Die Oberseiten der Schichtdurchkontakte und die Oberseite der ersten Kunststoffschicht bilden eine gemeinsame koplanare Oberseite.

Auf dieser koplanaren Oberseite ist eine Umverdrahtungsstruktur mit Umverdrahtungsleitungen und Kontaktanschlussflächen angeordnet. Auf den Kontaktanschlussflächen sind Anschlüsse von Halbleiterchips angeordnet, wobei die Halbleiterchips von einer zweiten Kunststoffschicht des Gehäuses umgeben sind. In der zweiten Kunststoffschicht erstrecken sich Gehäusedurchkontakte, von der Umverdrahtungsstruktur bis zu der Oberseite der zweiten Kunststoffschicht. Die Oberseiten der Gehäusedurchkontakte bilden mit der Oberseite der zweiten Kunststoffschicht eine weitere koplanare Oberseite.

Ein derartiges Bauteil, das aus mindestens zwei Kunststoffschichten aufgebaut ist, hat den Vorteil, dass es mit herkömmlichen Verfahrensschritten zusammengebaut werden kann. Darüber hinaus hat es den Vorteil, dass die Gehäusedurchkontakte in serieller Weise oder parallel für eine Vielzahl von Halbleitermodule gleichzeitig die Umverdrahtungsstruktur auf der koplanaren Oberseite aufgebracht werden kann. Durch die Ausbildung einer weiteren koplanaren Oberseite aus den Oberseiten der Gehäusedurchkontakte und der Oberseite der zweiten Kunststoffschicht ist es möglich, das Halbleitermodul von dieser weiteren koplanaren Oberseite aus zu testen, indem auf die Gehäusedurchkontakte zugegriffen wird. Dabei können die Außenkontaktflächen auf der Unterseite des Gehäuses geschont werden und Schädigungen der Außenkontaktflächen auf der Unterseite des Gehäuses beim Testen vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil des schichtweisen Aufbaus des Gehäuses aus einer ersten Kunststoffschicht mit Außenkontakten und einer zweiten Kunststoffschicht mit den Halbleiterchips hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Kontaktierung der Halbleiterchips, sowohl mit Flip-Chip-Kontakten, als auch über Bondverbindungen erfolgen kann. Demgemäß wird die Umverdrahtungsstruktur, die auf die erste koplanare Oberseite aufbringbar ist, an die Kontaktierungsart der Halbleiterchips angepasst. Ein weiterer Vorteil dieses elektronischen Bauteils, das zwei aufeinander geschichtete Halbleiterschichten aufweist, ist es, dass für den Aufbau des Halbleitermoduls lediglich eine Umverdrahtungsstruktur erforderlich ist. Diese Umverdrahtungsstruktur weist Umverdrahtungsleitungen zwischen Kontaktanschlussflächen und Oberseiten von Schichtdurchkontakten, und zwischen Kontaktanschlussflächen und Unterseiten von Gehäusedurchkontakten auf. Eine derartige einfache Umverdrahtungsstruktur erfordert lediglich einen einzigen Strukturierungsschritt einer Metallschicht auf der koplanaren Oberseite der ersten Kunststoffschicht des Halbleitermoduls.

In einer weiteren Einführungsform der Erfindung werden die Gehäusedurchkontakte von Gehäusedurchkontaktstücken gebildet, die zusammen mit den Halbleiterchips in die zweite Kunst stoffschicht eingebettet sind. Das hat den Vorteil, dass die Umverdrahtungslage auf der koplanaren Oberseite der ersten Kunststoffschicht in einem Arbeitsgang mit den Halbleiterchips und den Gehäusedurchkontakten bestückt werden kann, bevor diese Komponenten des Halbleitermoduls in die zweite Kunststoffschicht eingebettet werden.

Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorgegeben, dass die zweite Kunststoffschicht einen Holraum umgibt, indem die Halbleiterchips angeordnet sind. Die koplanare weitere Oberseite der zweiten Kunststoffschicht ist mindestens im Bereich des Hohlraums von einer Abdeckung abgeschlossen.

Eine derartige Abdeckung auf der Oberseite des Gehäuses kann Keramik, Kunststoff oder Metall aufweisen. Eine Abdeckung aus Metall oder metallkaschierter Keramik oder metallbeschichtetem Kunststoff kann vorteilhaft über einen Gehäusedurchkontakt auf ein Massepotential gelegt werden das auf der Unterseite des Gehäuses an eine Außenkontaktfläche angeschlossen ist. Eine Abdeckung aus Keramik oder Kunststoff wird dann vorteilhaft eingesetzt, wenn mehrere Gehäusedurchkontakte mit unterschiedlichem elektrischem Potential an den Seitenwänden des Hohlraums bis zur weiteren koplanaren Oberseite der zweiten Kunststoffschicht bzw. des Gehäuses angeordnet sind.

Das Hohlraumgehäuse des weiteren Aspektes der Erfindung hat den Vorteil, dass die Halbleiterchips nicht mit der zweiten Kunststoffschicht in Kontakt stehen, sodass dieses Halbleitermodul für Hochfrequenzanwendungen einsetzbar ist, da die Grenzfrequenz nicht durch die zweite Kunststoffschicht vermindert wird. Ferner kann durch eine metallische Abdeckung aus Metall oder metallkaschierter Keramik oder metallbeschichtetem Kunststoff eine elektromagnetische Abschirmung erreicht wird, die insbesondere für Hochfrequenzanwendungen von Vorteil ist.

Mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Abdeckung und/oder die erste Kunststoffschicht einen transparenten Bereich aufweisen, der zu einer sensitiven Seite eines Sensorchips ausgerichtet ist. Im Falle der ersten Kunststoffschicht kann der transparente Bereich von einer durchsichtigen Platte oder Linse gebildet sein, die von der ersten Kunststoffschicht umhüllt ist.

Im Falle der Abdeckung mit einem transparenten Bereich kann dieser Bereich aus einer Öffnung in der Abdeckung bestehen, die von einem transparenten Material eingenommen oder abgedeckt ist. Diese transparenten Bereiche haben den Vorteil, dass die zweite Kunststoffschicht optische Sensoren aufweisen kann, die beispielweise eine optische Emitter- oder Empfangsfunktion aufweisen, wenn das Halbleitermodul als Optokoppler eingesetzt werden soll.

Ferner ist es möglich, die Seitenwände des Hohlraums derart zu gestalten, dass sie Stufen aufweisen. Diese Stufen können ihrerseits Kontaktanschlussflächen aufweisen, die mit aktiven Oberseiten von Halbleiterchips in Verbindung stehen. Insbesondere können auf den Halbleiterchips, die auf der Umverdrahtungslage angeordnet sind, gestapelte Halbleiterchips angeordnet sein. Die gestapelten Halbleiterchips können über die Kontaktanschlussflächen der Stufen und die Gehäusedurchkontakte mit Außenkontakten der ersten Kunststoffschicht auf der Unterseite des Gehäuses verbunden sein. Kontaktflächen der auf der ersten Umverdrahtungslage angeordneten Halbleiterchips, die gleiche Potentiale wie die Kontaktflächen der gestapelten Halbleiterchips aufweisen, können über die Gehäu sedurchkontakte kurzgeschlossen sein. Diese Gehäusedurchkontakte sind an den Seitenwänden des Hohlraums angeordnet und können mittels mikro-elektro-mechanischen Technologien MEM-Technologien hergestellt sein.

In einer oben erwähnten der Ausführungsformen der Erfindung weist der Halbleiterchip Flip-Chip-Kontakte auf, die auf den Kontaktanschlussflächen der Umverdrahtungsstruktur angeordnet sind. Bei einer derartigen Struktur sind die aktiven Oberseiten der Halbleiterchips in Richtung auf die Umverdrahtungsstruktur und damit in Richtung auf die erste koplanare Oberseite ausgerichtet. Über Umverdrahtungsleitungen dieser Umverdrahtungsstruktur können dann sowohl Außenkontakte als auch Gehäusedurchkontaktstücke über Leiterbahnen miteinander verbunden werden. Jedoch ist darauf zu achten, dass der Randbereich der ersten Kunststoffschicht frei von Umverdrahtungsleitungen bleibt.

Die Gehäusedurchkontaktstücke werden vorzugsweise in diesem Randbereich angeordnet, zumal ihre Anzahl damit maximiert werden kann. Diese Anzahl der Gehäusedurchkontaktstücke kann der Anzahl der Außenkontakte entsprechen, womit der Vorteil verbunden ist, dass auf jeden der Außenkontakte noch nach einem Oberflächenmontage-Einbau des Halbleitermoduls in eine übergeordnete Schaltungsanordnung von der Oberseite des Halbleitermoduls aus über die Gehäusedurchkontaktstücke zugegriffen werden kann. Aufgrund der Umverdrahtungsstruktur ist es möglich, dass die Außenkontaktflächen in Form einer Matrix über die gesamte Unterseite des Gehäuses verteilt angeordnet sein können, während die Oberseiten der Gehäusedurchkontaktstücke, die sich auf der Oberseite des Halbleitermoduls befinden, lediglich im Randbereich des Halbleitermoduls angeordnet sind.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Halbleiterchips des Halbleitermoduls auf ihren aktiven Oberseiten Kontaktflächen aufweisen. Die entsprechenden Rückseiten der Halbleiterchips sind unmittelbar auf der Umverdrahtungsstruktur angeordnet, so dass die aktiven Oberseiten der Halbleiterchips vor dem Einbetten in eine zweite Kunststoffschicht von oben zugänglich sind. In diesem Fall sind außerhalb der benötigten Flächen für die Rückseiten der Halbleiterchips Kontaktanschlussflächen in der Umverdrahtungsstruktur vorgesehen. Die Kontaktanschlußflächen der Umverdrahtungsstruktur sind über Bonddrähte mit den Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite der Halbleiterchips verbunden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind in der zweiten Kunststoffschicht nicht nur die Halbleiterchips des Halbleitermoduls eingebettet, sondern es sind auch die Bonddrähte für die Verbindung der aktiven Oberseiten mit der Umverdrahtungsstruktur von der zweiten Kunststoffmasse umgeben.

Weiterhin ist es möglich auf der zweiten koplanaren Oberseite erneut eine Verdrahtungsstruktur aufzubringen, die über Leiterbahnen mit den Oberseiten der Gehäusedurchkontaktstücke in Verbindung steht. Somit können auf der zweiten Kunststoffschicht weitere Halbleiterchips gestapelt werden, die ihrerseits in eine dritte Kunststoffschicht eingebettet sind und über Umverdrahtungsleitungen und Gehäusedurchkontaktstücke mit den übrigen Halbleiterchips des Halbleitermoduls elektrisch in Verbindung stehen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Prinzipien dieser Strukturierung lassen sich beliebig viele Kunststoffschichten mit Halbleiterchips aufeinanderstapeln, wobei jeweils die Oberseiten der Schichten, außer die der obersten Schicht, Umverdrahtungsstrukturen aufweisen, auf denen Halbleiterchips der nächsthöheren Kunststoffschicht ange ordnet sind. Die Gehäusedurchkontaktstücke können dazu schichtweise und säulenförmig aufeinander angeordnet sein, so dass sich in vorteilhafter Weise gemeinsame Gehäusedurchkontakte ausbilden, die von den Außenkontaktflächen auf der Unterseite des Halbleitermoduls bis zu der Oberseite des Gehäuses des Halbleitermoduls reichen.

Neben einer Stapelung von Halbleiterchips in vertikaler Richtung kann auch ein Nutzen vorgesehen werden, der in horizontalen Zeilen und Spalten angeordnete Halbleitermodulpositionen mit Halbleitermodulen, entsprechend den obigen Ausführungsformen, aufweist. Ein derartiger Nutzen hat den Vorteil, dass für eine Mehrzahl von Halbleitermodulen und damit für eine Mehrzahl von Halbleitermodulpositionen Verfahrensschritte gleichzeitig, d.h. parallel ausführbar sind.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Hilfsträger mit mehreren Halbleitermodulpositionen bereitgestellt. Danach werden auf dem Hilfsträger Außenkontakte in den Halbleitermodulpositionen abgeschieden. Schließlich wird der Hilfsträger in den Halbleitermodulpositionen mit Kunststoff unter Einbetten der Außenkontakte beschichtet. Damit wird eine geschlossene Kunststoffoberseite für mehrere Halbleitermodulpositionen geschaffen.

In einem weiteren Schritt werden dann Oberseiten der Außenkontakte mittels Abtragen der Kunststoffschicht von den Außenkontakten freigelegt. Die freigelegten Bereiche können mit Schichtdurchkontakten durch Abscheiden von Metall in den freigelegten Bereichen aufgefüllt werden. Sie können auch beim Ausbilden einer Umverdrahtungsstruktur, die sich über eine Umverdrahtungsposition erstreckt, ebenfalls metallisch kontaktiert werden. Auf eine derartige Umverdrahtungsstruktur können dann die Halbleiterchips eines Moduls bei der Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen Halbleiterchips und Umverdrahtungsstruktur aufgebracht werden.

Anschließend werden die Gehäusedurchkontakte auf die Umverdrahtungsstruktur aufgesetzt und eine zweite Kunststoffschicht wird aufgebracht, welche die Halbleiterchips einbettet und die Mantelflächen der Gehäusedurchkontaktstücke umhüllt. Dabei bleibt die Oberseite der Gehäusedurchkontaktstücke frei von Kunststoff oder wird nach dem Aufbringen des Kunststoffes von eventuell aufgebrachten Kunststoffansammlungen befreit. Nach dem Aushärten der zweiten Kunststoffschicht bildet sich eine selbsttragende Verbundplatte, von welcher der Hilfsträger nun unter Bildung eines Nutzens mit mehreren Bauteilpositionen entfernt werden kann. Anschließend kann die Verbundplatte bzw. dieser Nutzen in einzelne Halbleitermodule aufgetrennt werden.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein hoher Anteil an Verfahrensschritten parallel für mehrere Halbleitermodule gleichzeitig erfolgen kann. Dieses trifft insbesondere für das Abscheiden der Außenkontakte, für das Aufbringen der ersten Kunststoffschicht, für das Aufbringen der ersten Umverdrahtungsstruktur, sowie das Umhüllen oder Einbetten einer Erstlage von Halbleiterchips in eine zweite Kunststoffmasse zu. Die Halbleiterchips selbst und eventuell auch die Durchgangskontaktstücke können seriell aufgebracht werden, wobei sie in den einzelnen Chippositionen und in den Positionen der Gehäusedurchkontaktstücke einzeln zu justieren sind. Diese serielle Fertigung kann jedoch durch Einsetzen entsprechender Schablonen und insbesondere durch Verwenden von Halbleiter chips mit Flip-Chip-Kontakten in eine parallele Produktion und Fertigung überführt werden.

Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass noch vor dem Auftrennen des Nutzens in einzelne Halbleitermodule eine zweite Umverdrahtungsstruktur mit Halbleiterchips und Gehäusedurchkontaktstücken auf die koplanare Oberseite der zweiten Kunststoffschicht aufgebracht wird und eine dritte Kunststoffschicht die Halbleiterchips einbettet und die Mantelflächen der Gehäusedurchkontaktstücke umhüllt. Dabei wird darauf geachtet, dass die Oberseite dieser dritten Kunststoffschicht mit den Oberseiten der Gehäusedurchkontaktstücke eine gemeinsame dritte koplanare Oberseite bildet. Diese dritte koplanare Oberseite kann wiederum Ausgangspunkt für weitere Kunststoffschichten sein.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist es somit, dass eine beliebig hohe Anzahl von Kunststoffschichten mit eingebetteten Halbleiterchips realisiert werden kann, in dem die Verfahrensschritte des Aufbringens einer Umverdrahtungsstruktur mit Halbleiterchips und Gehäusedurchkontaktstücken und des Aufbringens einer Kunststoffschicht unter Herstellen einer koplanaren Oberseite für n-aufeinander gestapelte Kunststoffschichten n-mal wiederholt werden, bevor ein Auftrennen des Nutzens in Halbleitermodule erfolgt.

Der zu entfernende Hilfsträger kann in einer Ausführungsform der Erfindung eine metallkaschierte Folie, eine metallkaschierte Platte oder Metallplatten oder Metallfolien sein, die vor dem Auftrennen einzelne Halbleitermodule von den Verbundkörpern aus Kunststoff und Halbleiterchips getrennt werden. Zum Aufbringen von Außenkontakten kann der Hilfsträger zunächst mit einer isolierenden Schicht unter Freilassen der Außenkontaktflächen hergestellt werden und anschließend werden dann die Außenkontakte galvanisch oder chemisch auf den freigelassenen Flächen abgeschieden. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass eine gleichhohe Anzahl an Außenkontakten auf einem Hilfsträger entstehen können.

Anstelle eines metallkaschierten oder eines metallischen Hilfsträgers können auch Kunststofffolien oder Kunststoffplatten eingesetzt werden. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Außenkontakte mittels Schablonendruck oder Siebdruck auf den Hilfsträger zu drucken. Dazu werden Metallpasten eingesetzt, die bei einem anschließenden Sinterprozess zu metallischen Außenkontakten zusammensintern. Das elektrische Verbinden zwischen den Halbleiterchips und der Umverdrahtungsstruktur kann entweder mittels Bonddrähten oder durch Einsetzen von Halbleiterchips mit Flip-Chip-Kontakten erfolgen. Ein Aufbringen der Kunststoffschichten kann mittels Molden oder mittels Dispensen erfolgen, um jeweils koplanare Oberseiten aus Kunststoff und Oberseiten der Gehäusedurchkontaktstücke zu bilden.

Umverdrahtungsstrukturen auf einer derartigen koplanaren Oberseite, können durch Abscheiden einer geschlossenen Metallschicht oder durch Aufdampfen derselben vorbereitet werden, wobei diese geschlossene Metallschicht photolithographisch strukturiert wird. Andererseits ist es auch möglich, mittels Siebdruck oder Schablonendruck, bereits durchstrukturierte Umverdrahtungsschichten auf den koplanaren Oberseiten aufzubringen.

Das Aufbringen der Gehäusedurchkontaktstücke kann parallel durch galvanisches oder chemisches Abscheiden erfolgen, wobei entsprechende Abdeckschichten die übrigen Flächen vor dem Aufbringen von Gehäusedurchkontaktstücken schützen. Die Verbindung zwischen den einzelnen Gehäusedurchkontaktstücken der jeweiligen Kunststoffschichten kann mittels Löten oder mit Hilfe von Leitklebstoffen erfolgen, wenn nicht eine galvanische oder chemische Abscheidung auf den jeweils darunterliegenden Gehäusedurchgangskontaktstücken vorgesehen ist.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der ersten Kunststoffschicht, nämlich mit dem Einbetten der Außenkontakte, der Vorteil verbunden ist, dass diese Außenkontakte bereits den Kunden-Foot-Print, d.h. die vom Kunden gewünschte oberflächenmontierbare Anordnung der Außenkontakte auf der Unterseite des Gehäuses ermöglichen, und zusätzlich davon unabhängig in den Randbereichen Gehäusedurchkontakte entstehen können. Diese ersten Außenkontakte werden erfindungsgemäß durch ein erstes Molden bedeckt. Anschließend werden z.B. durch Laser Durchgangsöffnungen zu den Außenkontakten für eine darauffolgende Kunststoffmetallisierung erzeugt. Diese Kunststoffmetallisierung kann, sowohl das Auffüllen der Durchkontakte, als auch die Erzeugung der Umverdrahtungsstruktur bewirken. Um später das Stapeln von mehreren Halbleiterchiplagen zu ermöglichen, werden zum Überbrücken der Höhenunterschiede der Gehäusedurchkontaktstücke in Form von vertikalen Kontakten, metallischen Stiften oder Drahtstücken in die umhüllende Kunststoffschicht eingebracht.

Nach dem Umhüllen mit einer Kunststoffmasse oder Moldmasse kann es erforderlich werden, dass die Gehäusedurchkontaktstücke oder vertikalen Kontakte erneut freizulegen sind, um die nächste Metallisierung für eine weitere Umverdrahtungsstruktur aufbringen zu können. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus des Halbleitermoduls ist es vorteilhaft möglich, die Geometrie der Außenkontakte auf der Unterseite von der Geomet rie der Halbleiterchipkontakte zu entkoppeln. Ein weiterer Vorteil ist das Stapeln von Halbleiterchips in einem Komplettgehäuse, sowie die Kostenersparnis durch sich wiederholende Prozessschritte. Darüber hinaus ergibt sich eine höhere Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit bei der Herstellung derartiger Halbleitermodule.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger nach Aufbringen von Außenkontakten;
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger gemäß 7 nach Aufbringen einer ersten Kunststoffschicht;
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger gemäß 8 nach Aufbringen von Schichtdurchkontakten und einer Umverdrahtungsstruktur;
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger, gemäß 9 nach Aufbringen von Gehäusedurchkontaktstücken;
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger, gemäß 10 nach Aufbringen von Halbleiterchips;
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul nach Aufbringen einer zweiten Kunststoffschicht.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 10 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Halbleitermodul 10 ist aus zwei Kunststoffschichten 9 und 19 aufgebaut. Die untere Kunststoffschicht 9 weist Außenkontakte 48 mit Außenkontaktflächen 47 auf. Ferner weist die erste Kunststoffschicht 9 Schichtdurchkontakte 50 auf, die ihrerseits Oberseiten 51 haben, die koplanar zu der Oberseite 2 der ersten Kunststoffschicht 9 ausgerichtet sind. Auf die ser gemeinsamen Oberseite, die von den Oberseiten 51 der Schichtdurchkontakte 50 und von der Oberseite 2 der ersten Kunststoffschicht 9 gebildet wird, ist eine Umverdrahtungsstruktur 4 angeordnet.
Die zweite Kunststoffschicht 19 weist in diesem schematischen Querschnitt zwei eingebettete Halbleiterchips 3 und 5 auf, die Flip-Chip-Kontakte 41 besitzen, welche die Verbindung zwischen Kontaktflächen 53 auf den aktiven Oberseiten der Halbleiterchips 3 und 5 mit Kontaktanschlussflächen 38 der Umverdrahtungsstruktur 4 verbinden. In den Randbereichen des Halbleitermoduls 10 sind auf der Umverdrahtungsstruktur 4 Gehäusedurchgangskontaktstücke 6 angeordnet, deren Unterseiten 54 auf entsprechenden Flächen der Umverdrahtungsstruktur 4 stehen und elektrisch mit diesen verbunden sind. Die Mantelflächen 28 der Gehäusedurchkontaktstücke 6 sind von der Kunststoffmasse 43 umhüllt. Die Oberseiten 7 der Gehäusedurchkontaktstücke 6 bilden mit der Oberseite 12 der zweiten Kunststoffschicht 19 eine erste koplanare Oberseite 1, die gleichzeitig die Gehäuseoberseite 46 darstellt.
Somit kann von der Gehäuseoberseite 46 aus das Halbleitermodul 10 mit Hilfe der Gehäusedurchkontaktstücke 6 getestet werden, ohne dass die Außenkontaktflächen 47 der Außenkontakte 48 von Testspritzen berührt werden müssen. Die Außenkontakte 48 sind auf der Gehäuseunterseite 45 gleichmäßig verteilt, während die korrespondierenden Gehäusedurchkontaktstücke 6 mit einer vorgegebenen Schrittweite im Randbereich des Halbleitermoduls 10 angeordnet sind. Somit verbleibt genügend Raum zwischen den Gehäusedurchkontaktstücken 6 für eine Positionierung und Kontaktierung der Halbleiterchips 3 und 5. Gleichzeitig sorgen die Gehäusedurchkontaktstücke 6 dafür, dass beim Aufbringen der zweiten Kunststoffschicht 19 durch Molden oder Dispensen ein vollständiges Einbetten der Halbleiterchips 3 und 5 in der zweiten Kunststoffschicht 19 sichergestellt wird. Dabei entsteht eine erste koplanare Oberseite 1, die in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig die Gehäuseoberseite 46 bildet. Die Kunststoffschichten 9 und 19 bilden das Gehäuse 52 des Halbleitermoduls 10.
Um ein derartiges Halbleitermodul 10 herzustellen, können zunächst mehrere Halbleitermodule in einem zusammenhängenden Nutzen aus zwei aufeinandergeschichteten Kunststoffschichten hergestellt werden. Dabei werden die Verfahrensschritte gleichzeitig und damit parallel für mehrere Halbleitermodule durchgeführt. Erst nach Fertigstellung eines Nutzens mit mehreren Halbleitermodulen wird dann der Nutzen zerteilt, so dass ein Halbleitermodul 10, wie in 1 gezeigt, vorliegt. Andererseits kann die erste koplanare Oberseite 1 auch genutzt werden, um wiederum eine Umverdrahtungsstruktur 4 auf dieser ersten koplanaren Oberseite 1 aufzubringen.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 60 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Halbleiterchips 2 und 5 in einem Holraum 55 angeordnet, der von der zweiten Kunststoffschicht 19 gebildet ist und somit einen Hohlraumgehäuserahmen darstellt, der auf seiner Oberseite mit den Gehäusedurchkontakten 44 eine koplanare Oberseite 1 ausbildet. Die Gehäusedurchkontakte 44 sind mittels einer mikroelektromechanischen Technologie an den Seitenwänden 57 und 58 des Hohlraums 55 angeordnet und können über einen einzelnen Außenkontakt 48 mit einem Massepotential oder über mehrere Außenkontakte 48 mit unterschiedlichen Signalpotentialen verbunden sein.
Der Holraum 55 wir von einer Abdeckung 56 abgeschlossen, die als Abschirmung ausgebildet sein kann, und dann ebenfalls über einen Gehäusedurchkontakt 44 mit einem Massepotential in Verbindung steht. Eine derartige abschirmende Abdeckung wird für Halbleitermodule im Hochfrequenzeinsatz vorgesehen. Andererseits ist es auch möglich eine isolierende Abdeckung 56 einzusetzen, wenn unterschiedliche Signalpotentiale mit den Gehäusedurchkontakten 44 an den Seitenwänden 57 und 58 des Hohlraums entlang zur Gehäuseoberseite geführt werden.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 70 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Das Halbleitermodul 70 dieser dritten Ausführungsform der Erfindung weist in der Abdeckung 56 auf der Oberseite 46 des Gehäuses 52 oberhalb des Halbleiterchips 65 einen transparenten Bereich 67 auf, der mit einer sensitiven Rückseite des Halbleiterchips 3 korrespondiert, sodass optische Signale die auf den sensitiven Bereich einwirken vom Halbleiterchip 3 detektiert werden und ausgewertet werden können. Darüber hinaus weist die erste Kunststoffschicht 9 einen transparenten Bereich 68 auf der Unterseite 45 des Gehäuses 52 auf der mit der aktiven Oberseiten der Halbleiterchips 65 und 66 einen optischen Emitter bzw. einen optischen Sensor bildet, sodass das Halbleitermodul 70 als Optokoppler eingesetzt werden kann.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 80 einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Das Halbleitermodul 80 der vierten Ausführungsform der Erfindung weist vier Kunststoffschichten 9, 19, 29 und 39 aus einer Gehäusekunststoffmasse 43 auf. Die Kunststoffschichten 19, 29, 39 umgeben einen Hohlraum 55 in dem ein Halbleiterchip 3 und ein Stapel aus den Halbleiterchips 5 und 64 angeordnet sind. Die Innenwand 58 des Hohlraums 55 weist eine Stufe 59 mit einer Kontaktanschlussfläche 61 auf, die über eine Bondverbindung 63 mit einer Kontaktfläche 53 der aktiven Oberseite 62 des gestapelten Halbleiterchips 64 elektrisch verbunden ist. Die Innenwand 57 ist hingegen nicht gestuft und weist einen Gehäusedurchkontakt 44 auf, der die Unterseite 45 des Gehäuses 52 mit der Oberseite 46 des Gehäuses 52 verbindet. Diese Oberseite 46 wird von einer metallischen Abdeckung 56, die über den Gehäusedurchkontakt 44 mit einem Außenkontakt 48 auf Massepotential liegt, abgeschirmt.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 20 einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Dieses Halbleitermodul 20 weist gegenüber dem Halbleitermodul, gemäß 1 drei Kunststoffschichten 9, 19 und 29 auf, die aufeinander geschichtet sind. Dabei ist, sowohl die erste Kunststoffschicht 9, als auch die zweite Kunststoffschicht 19, genauso strukturiert, wie in 1. Auf der ersten koplanaren Oberseite 1 ist jedoch zusätzlich eine zweite Umverdrahtungsstruktur 14 aufgebracht. Diese zweite Umverdrahtungsstruktur 14 weist Kontaktanschlussflächen 38 für elektrische Verbindungen zu einem weiteren Halbleiterchip 33 auf. Ein derartiger Halbleiterchip 33 kann ein Speicherbaustein sein, während die in der zweiten Kunststoffschicht 19 eingebetteten Halbleiterchips 3 und 5 jeweils Logikchips darstellen.
Die zweite Umverdrahtungsstruktur 14, weist wie die erste Umverdrahtungsstruktur 4 Umverdrahtungsleitungen 35 auf, die in der dritten Kunststoffschicht 29 zu Kontaktanschlussflächen 38 führen und diese Kontaktanschlussflächen 38 mit zweiten Gehäusedurchkontaktstücken 16 verbinden, die im Randbereich der dritten Kunststoffschicht 29 angeordnet sind. Die Kunststoffmassen 43 der ersten, zweiten und dritten Kunststoffschicht 9, 19 und 29, können aus dem gleichen Kunststoffmaterial sein. In einer hier gezeigten Ausführungsform ist das Material der ersten Kunststoffschicht 9 jedoch unterschiedlich von den beiden darüberliegenden Kunststoffschichten 19 und 29 und besteht aus Polyamid, während die Kunststoffmassen 43 der zweiten und dritten Kunststoffschichten 19 und 29 aus einem unterschiedlich gefüllten Epoxydharz hergestellt sind.
Die Gehäusedurchkontaktstücke 6 und 16 der zweiten und dritten Kunststoffschicht 19 und 29 sind derart übereinander angeordnet, dass sie einen gemeinsamen Gehäusedurchkontakt 44 bilden. Die Oberseiten 17 der Gehäusedurchkontakte 44 und die Oberseite 22 der dritten Kunststoffschicht 29 bilden eine zweite koplanare Oberseite 11. Diese zweite koplanare Oberseite 11 ist gleichzeitig die Gehäuseoberseite 46 des Halbleitermoduls 20. Sowohl in der ersten Ausführungsform als auch in der zweiten Ausführungsform werden Halbleiterchips eingesetzt, die Flip-Chip-Kontakte 41 aufweisen. Somit werden Anschlüsse 40 von Halbleiterchips geschaffen, die in einem parallelen Fertigungsschritt auf die Kontaktanschlussflächen 38 der Umverdrahtungsstrukturen 4 bzw. 14 aufgelötet werden können.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 30 einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Bei der sechsten Ausführungsform der Erfindung sind vier Kunststoffschichten 19, 29, 39 und 49 aufeinander gestapelt, die jeweils Halbleiterchips 3, 5; 13, 15; 23, 25 und 33 aufweisen. Darüber hinaus weist dieses Halbleitermodul 30 der dritten Ausführungsform der Erfindung vier Umverdrahtungsstrukturen 4, 14, 24, und 34 auf. Die Umverdrahtungsstrukturen 14, 24 und 34 sind auf koplanaren Oberseiten 1, 11 und 21 aus den Oberseiten 7, 17 und 27 der Gehäusedurchkontaktstücke 6, 16 und 26 und den Oberseiten 12, 22 und 32 der Kunststoffschichten 19, 29 und 39 angeordnet. Vier aufeinandergestapelte Gehäusedurchkontaktstücke 6, 16, 26, und 36 bilden zusammen einen Gehäusedurchkontakt 44. Die Gehäusedurchkontaktstücke 6, 16, 26 und 36 sind in jeder der Kunststoffschichten 19, 29, 39 und 49 auf entsprechende Flächen der Umverdrahtungsstrukturen 4, 14, 24 und 34 gelötet.
Die Gehäuseoberseite 46 ist wiederum eine koplanare Oberseite 31 aus den Oberseiten 37 der vierten Gehäusedurchkontaktstücke 36 und aus der Oberseite 42 der obersten Kunststoffschicht 49. Der in 3 gezeigte schematische Querschnitt ist nicht maßstabgerecht, vielmehr ist die Dicke einer jeden der Kunststoffschichten 19, 29, 39 und 49, die entsprechende Halbleiterchips 3, 5; 13, 15; und 23, 25 sowie 33 aufnehmen, abhängig von der Dicke der Halbleiterchips. Die Dicke der Halbleiterchips liegt zwischen 70 und 350 μm. Die Dicke der Kunststoffschichten 19, 29, 39 und 49 liegt dementsprechend zwischen 100 und 500 μm. Entsprechend ergibt sich eine Gesamtdicke des Halbleitermoduls 30 der dritten Ausführungsform der Erfindung zwischen etwa 0,5 und 3mm. Die Grundfläche des Halbleitermoduls 30 kann hingegen mehrere cm² betragen. Auf dieser im Verhältnis zur Dicke großen Fläche sind entsprechend viele Außenkontaktflächen unterbringbar. Der hier gezeigte schematische Querschnitt steht folglich im krassen Gegensatz zu den wahren Dimensionen des Halbleiterchipmoduls.
Die 7 bis 12 zeigen schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte nach Durchführen einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung eines Halbleitermoduls 10, wie er aus 1 bekannt ist.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger 8 nach Aufbringen von Außenkontakten 48. Der Hilfsträger 8 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Metallfolie, auf der zunächst eine Photolithographieschicht aufgebracht und strukturiert wurde. Anschließend würden in einem galvanischen Bad die hier gezeigten Außenkontakte 48 mit ihren Oberseiten 18 abgeschieden. Nach der galvanischen Abscheidung der Außenkontakte 48 wurde dann die Photolithographieschicht durch Plasmaveraschung oder durch Auflö sung des Photolackes in einem entsprechenden Lösungsmittel entfernt.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger 8 gemäß 7, nach Aufbringen einer ersten Kunststoffschicht 9. Die erste Kunststoffschicht 9 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Kunststoffmasse 43, die Polyamid aufweist. Die in 4 gezeigten freien Flächen und insbesondere die Oberseiten 18 der Außenkontakte 48 sind vollständig von der Kunststoffmasse 43 umhüllt. Gleichzeitig bildet sich eine ebene Oberseite 2 der ersten Kunststoffschicht 9 aus.
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger 8 gemäß 8, nach Aufbringen von Schichtdurchkontakten 50 und einer Umverdrahtungsstruktur 4. Zum Aufbringen der Schichtdurchkontakte 50 wurde die Oberseite 2 der ersten Kunststoffschicht 9 an entsprechenden Stellen geöffnet. Dieses strukturierte Öffnen kann durch Maskieren der Oberseite 2 der ersten Kunststoffschicht 9 und durch anschließendes Herauslösen des Kunststoffes im Bereich der Öffnungen der Maske erfolgen. In der Ausführungsform, wie sie in 6 gezeigt wird, wurden die Öffnungen zur Einbringungen der Schichtdurchkontakte 50 jedoch mittels Laserabtrag hergestellt. Beim anschließenden Herstellen der Umverdrahtungsstruktur 4, werden einerseits Umverdrahtungsleitungen 35 und Kontaktanschlussflächen 38 mit der Umverdrahtungsstruktur 4 gebildet.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger 8 gemäß 9, nach Aufbringen von Gehäusedurchkontaktstücken 6 auf die Umverdrahtungsstruktur 4. Diese Gehäusedurchkontaktstücke 6 stehen einerseits über die Schichtdurchkontakte 50 mit den Außenkontakten 48 elektrisch in Verbindung und können andererseits entweder durch galvanisches Abscheiden auf der Umverdrahtungsstruktur 4 gebildet werden, oder durch Aufsetzen und Auflöten der Gehäusedurchkontaktstücke 6 auf den entsprechenden Flächen der Umverdrahtungsstruktur 4 in den Randbereichen des Hilfsträgers 8 aufgebracht sein. Die Gehäusedurchkontaktstücke 6 sind somit rund um ein Zentrum angeordnet, das für Halbleiterchips des Halbleitermoduls vorgesehen ist.
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Hilfsträger 8, gemäß 10, nach Aufbringen von Halbleiterchips 3 und 5. Die Halbleiterchips 3 und 5 weisen Flip-Chip-Kontakte 41 auf, die auf entsprechenden Kontaktflächen 53 der aktiven Oberseiten der Halbleiterchips 3 und 5 angebracht sind. Diese Flip-Chip-Kontakte 41 werden auf die in der Umverdrahtungsstruktur 4 vorgesehenen Kontaktanschlussflächen 38 aufgelötet. Somit sind die Kontaktflächen 53 der Halbleiterchips 3 und 5 über die Flip-Chip-Kontakte 41, die Kontaktanschlussflächen 38, die Umverdrahtungsleitungen 35, sowohl mit den Außenkontakten 48, als auch mit den Gehäusedurchkontaktstücken 6 elektrisch verbunden.
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 11 nach Aufbringen einer zweiten Kunststoffschicht 19. Diese zweite Kunststoffschicht 19 weist ein Epoxydharz auf, das entweder auf die erste Kunststoffschicht 9 dispensed oder auf diese erste Kunststoffschicht 9 gemolded ist. Dabei sorgt die Höhe der Gehäusedurchkontaktstücke 6 für ein sicheres Einbetten der Halbleiterchips 3 und 5 in der Kunststoffmasse 43. Gleichzeitig wird mit Hilfe der Gehäusedurchkontaktstücke 6 eine erste koplanare Oberseite 1 den aus Oberseite 7 der Gehäusedurchkontaktstücke 6 und der Oberseite 12 der zweiten Kunststoffschicht 19 geschaffen. Sollte sich beim Dispensen oder beim Molden Kunststoffmasse auf den Oberseiten 7 der Gehäusedurchkontaktstücke 6 absetzen, so kann auch in diesem Fall ein Schichtdurchkontakt mittels Laserverdampfen des Kunststoffs und anschließendem Aufbringen einer weiteren Metallmasse, wie einer Lotmasse auf die Oberseiten 7 der Gehäusedurchkontaktstücke 6 aufgebracht werden.

1: erste koplanare Oberseite
2: Oberseite der ersten Kunststoffschicht
3: Halbleiterchip
4: Umverdrahtungsstruktur
5: Halbleiterchip
6: Gehäusedurchkontaktstück
7: Oberseite des Gehäusedurchkontaktstückes
8: Hilfsträger
9: erste Kunststoffschicht
10: Halbleitermodul
11: zweite koplanare Oberseite
12: Oberseite der zweiten Kunststoffschicht
13: Halbleiterchip
14: zweite Umverdrahtungsstruktur
15: Halbleiterchip
16: zweite Gehäusedurchkontaktstücke
17: zweite Oberseite der Gehäusedurchkontaktstücke
18: Oberseite der Außenkontakte
19: zweite Kunststoffschicht
20: Halbleitermodul
21: dritte koplanare Oberseite
22: Oberseite der dritten Kunststoffschicht
23: Halbleiterchip
24: dritte Umverdrahtungsstruktur
25: Halbleiterchip
26: dritte Gehäusedurchkontaktstücke
27: dritte Oberseite der Gehäusedurchkontaktstücke
28: Mantelfläche der Gehäusedurchkontaktstücke
29: dritte Kunststoffschicht
30: Halbleitermodul
31: vierte koplanare Oberseite
32: Oberseite der vierten Kunststoffschicht
33: Halbleiterchip
34: vierte Umverdrahtungsstruktur
35: Umverdrahtungsleitung
36: vierte Gehäusedurchkontaktstücke
37: Oberseite der vierten Gehäusedurchkontaktstücke
38: Kontaktanschlussfläche
39: vierte Kunststoffschicht
40: Anschluss von Halbleiterchips
41: Flip-Chip-Kontakte
42: Oberseite der fünften Kunststoffschicht
43: Kunststoffmasse
44: Gehäusedurchkontakte
45: Gehäuseunterseite
46: Gehäuseoberseite
47: Außenkontaktflächen
48: Außenkontakt
49: fünfte Kunststoffschicht
50: Schichtdurchkontakte
51: Oberseite der Schichtdurchkontakte
52: Gehäuse
53: Kontaktflächen
54: Unterseiten der Gehäusedurchkontaktstücke
55: Hohlraum
56: Abdeckung des Hohlraum
57: Seitenwand des Hohlraums
58: Seitenwand des Hohlraums
59: Stufen einer Seitenwand
60: Halbleitermodul
61: Kontaktanschlussfläche einer Stufe
62: aktive Oberseite eines Halbleiterchips
63: Bondverbindungen
64: gestapeltes Halbleiterchip
65: Sensorchip
66: Sensorchip
67: transparenter Bereich
68: transparenter Bereich
70: Halbleitermodul
80: Halbleitermodul

Claims

Halbleitermodul mit einem Gehäuse (52) einer Kunststoffmasse (43) und Gehäusedurchkontakten (44) von einer Gehäuseunterseite (45) zu einer Gehäuseoberseite (46), – wobei die Gehäuseunterseite (45) Außenkontaktflächen (47) von Außenkontakten (48) aufweist, die in einer ersten Kunststoffschicht (9) des Gehäuses (52) eingebettet sind, – wobei die erste Kunststoffschicht (9) des Gehäuses (52) Schichtdurchkontakte (50) zu den Außenkontakten (48) aufweist, – wobei auf einer koplanaren Oberseite, die Oberseiten (51) der Schichtdurchkontakte (50) und die Oberseite (2) der ersten Kunststoffschicht (9) aufweist, eine Umverdrahtungsstruktur (4) mit Umverdrahtungsleitungen (35) und Kontaktanschlussflächen (38) angeordnet ist, – wobei auf den Kontaktanschlussflächen (38) Anschlüsse (40) von Halbleiterchips (3, 5) angeordnet sind, wobei die Halbleiterchips (3, 5) von einer zweiten Kunststoffschicht (19) des Gehäuses (52) umgeben sind, und – wobei sich die Gehäusedurchkontakte (44) im Bereich der zweiten Kunststoffschicht (19) von der Umverdrahtungsstruktur (4) bis zu der Oberseite (12) der zweiten Kunststoffschicht (19) erstrecken und mit der Oberseite (12) der zweiten Kunststoffschicht (19) eine weitere koplanare Oberseite (1) aufweisen.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäusedurchkontaktstücke (6) zur Bildung der Gehäusedurchkontakte (44) und dass die Halbleiterchips (3, 5) in einer der zweiten Kunststoffschichten (19) des Gehäuses (52) eingebettet sind.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kunststoffschicht (19) einen Hohlraum (55) umgibt, in dem die Halbleiterchips (3, 5) angeordnet sind, wobei der Hohlraum (55) von einer Abdeckung (56) abgeschlossen ist, welche auf der weiteren koplanaren Oberseite (1) fixiert ist, und wobei Seitenwände (57, 58) des Hohlraums (55) die Gehäusedurchkontakte (44) aufweisen.
Halbleitermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung und/oder die erste Kunststoffschicht einen transparenten Bereich (67) aufweist, der zu einer sensitiven Seite eines Sensorchips ausgerichtet ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Seitenwände (57, 58) Stufen aufweist, die Kontaktanschlussflächen (61) aufweisen, welche Bondverbindungen (63) zu Kontaktflächen (53) einer aktiven Oberseite (62) eines in dem Hohlraum (55) gestapelten Halbleiterchips (64) aufweisen.
Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterchips (3, 5) Flip-Chip-Kontakte (41) auf weisen, die auf Kontaktanschlussflächen (38) angeordnet sind.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterchips (3, 5) auf ihren aktiven Oberseiten Kontaktflächen (53) aufweisen und dass sich Bonddrähte von den Kontaktflächen (53) zu Kontaktanschlussflächen (38) erstrecken.
Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) mehrere Kunststoffschichten (9, 19, 29, 39, 49) mit Halbleiterchips (3, 5; 13, 15; 23, 25; 33) aufweist, die aufeinander gestapelt sind, und wobei die Oberseiten (2, 12, 22, 32) den Kunststoffschichten außer der obersten Kunststoffschicht (49) Umverdrahtungsstrukturen (4, 14, 24, 34) aufweisen, auf denen Halbleiterchips der nächsthöheren Kunststoffschicht angeordnet sind.
Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäusedurchkontaktstücke (6, 16, 26, 36) zur Bildung von Gehäusedurchkontakten (44) schichtweise und säulenförmig aufeinander angeordnet sind.
Nutzen, der in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleitermodulpositionen mit Halbleitermodulen (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Hilfsträgers (8) mit mehreren Halbleitermodulpositionen, – Abscheiden von Außenkontakten (48) in den Halbleitermodulpositionen des Hilfsträger (8), – Beschichten des Hilfsträgers (8) mit einer ersten Kunststoffschicht (9) unter Einbetten der Außenkontakte (48), – teilweises Freilegen von Oberseiten der Außenkontakte mittels Abtragen der ersten Kunststoffschicht (9) von den Außenkontakten (48), – Aufbringen einer Umverdrahtungsstruktur (4) auf die erste Kunststoffschicht (9), – Aufbringen von Halbleiterchips (3, 5) auf die Umverdrahtungsstruktur (4) und Herstellen von elektrischen Verbindungen zwischen Halbleiterchips (3, 5) und der Umverdrahtungsstruktur (4), – Aufbringen von Gehäusedurchkontaktstücken (6) auf die Umverdrahtungsstruktur (4), – Aufbringen einer zweiten Kunststoffschicht (19) unter Umgeben der Halbleiterchips (3, 5) und unter teilweise Umhüllen der Mantelflächen (28) der Gehäusedurchkontakte (44), wobei die Oberseite (12) der zweiten Kunststoffschicht (19) mit den Oberseiten (7) der Gehäusedurchkontaktstücke (6) eine gemeinsame koplanare Oberseite (1) bilden, – Entfernen des Hilfsträgers (8) unter Bilden eines Nutzens mit mehreren Bauteilpositionen, – Auftrennen des Nutzens in einzelne Halbleitermodule (10).
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin nachfolgende Verfahrensschritte aufweist: – Einbetten der Halbleiterchips (3, 5) und Umhüllen von Mantelflächen (23) von Gehäusedurchkontaktstücken (6) als Gehäusedurchkontakte (44) in die zweite Kunststoffschicht (19), – Aufbringen einer zweiten Umverdrahtungsstruktur (14) mit Halbleiterchips (13, 15) und zweiten Gehäusedurchkontaktstücken (16) auf die koplanare Oberseite (1) vor dem Entfernen des Hilfsträgers (8), – Aufbringen einer dritten Kunststoffschicht (29) unter Einbetten eines weiteren Halbleiterchips (33) und unter Umhüllen der Mantelflächen (28) der zweiten Gehäusedurchkontaktstücke (16), wobei die Oberseite (22) der dritten Kunststoffschicht (29) mit den Oberseiten (17) der zweiten Gehäusedurchkontaktstücke (16) eine gemeinsame zweite koplanare Oberseite (11) bilden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte des Aufbringens einer Umverdrahtungsstruktur (4, 14, 24, 34) mit Halbleiterchips (3, 5; 13, 15; 23, 25; 33) und Gehäusedurchkontaktstücke (6, 16, 26, 36) und des Aufbringens einer Kunststoffschicht unter Herstellen einer koplanaren Oberseite für n aufeinander gestapelte Kunststoffschichten n mal wiederholt werden, bevor ein Auftrennen des Nutzens in einzelne Halbleitermodule (10, 20, 30) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsträger (8) metallkaschierte Folien, metallka schierte Platten, Metallplatten oder Metallfolien eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Außenkontakte (48) der Hilfsträger (8) mit einer isolierenden Schicht unter Freilassen der Außenkontaktflächen (47) beschichtet wird und anschließend Außenkontakte (48) galvanisch oder chemisch auf den freigelassenen Flächen abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsträger (8) Kunststofffolien oder Kunststoffplatten eingesetzt werden, und die Außenkontakte auf einen derartigen Hilfsträger (8) mittels Schablonendruck oder Siebdruck aufgedruckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Verbindungen zwischen Halbleiterchips (3, 5; 13, 15; 23, 25; 33) und Umverdrahtungsstruktur (4, 14, 24, 34) durch Anbringen von Bonddrähten zwischen Kontaktflächen (53) der Halbleiterchips (3, 5; 13, 15; 23, 25; 33) und Kontaktanschlussflächen (38) der Umverdrahtungsstruktur (4, 14, 24, 34) hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Verbindungen zwischen Halbleiterchips (3, 5; 13, 15; 23, 25; 33) und Umverdrahtungsstruktur (4, 14, 24, 34) durch Aufbringen von Flip-Chip-Kontakten (41) der Halbleiterchips (3, 5; 13, 15; 23, 25; 33) auf Kon taktanschlussflächen (38) der Umverdrahtungsstruktur (4, 14, 24, 34) hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von Kunststoffschichten (9, 19, 29, 39, 49), mittels Molden oder mittels Dispensen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Umverdrahtungsstruktur (4, 14, 24, 34) die koplanare Oberseite (1, 11, 21, 31) zunächst mit einer Metallschicht durch Aufdampfen oder Sputtern vollständig beschichtet wird und anschließend photolithographisch strukturiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedurchkontaktstücke (6, 16, 26, 36) mittels Siebdruck oder Schablonendruck aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedurchkontaktstücke (6, 16, 26, 36) galvanisch oder chemisch abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedurchkontaktstücke (6, 16, 26, 36) schichtweise aufeinander zu Gehäusedurchkontakten (44) gelötet oder mit Leitklebstoff geklebt werden.