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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Erfindung beansprucht die Priorität der US-Gebrauchsmusteranmeldung
mit der Seriennummer 11/364,399, eingereicht am 28. Februar 2006, die
den Nutzen der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 60/755,241, eingereicht am 30. Dezember 2005, beansprucht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Halbleitervorrichtungen
werden in vielen Konsumelektronikprodukten wie z. B. Handys und Laptops
verwendet. Vor der Verwendung müssen
die Halbleiter jedoch in der Weise gestaltet sein, dass sie dem
zugewiesenen Raum in dem Produkt entsprechen, in welchem sie verwendet
werden, sowie andere Probleme lösen,
die aus dem Betrieb der Vorrichtung selbst entstehen.
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Erstens
ist eine Abführung
von Wärme
von dem Halbleiterchip während
seines Betriebs wünschenswert,
da der Chip während
des Betriebs Wärme
erzeugt. Wärmeableitung
ist deshalb wünschenswert,
weil Wärme
die Wirksamkeit des Chips verringern oder die Vorrichtung sogar
unbehebbar schädigen
kann. Es sind thermische Clips an Halbleiterchips befestigt worden,
um als natürliche
Wärmesenke
zu dienen; verbesserte Verfahren zum Ableiten von Wärme oder
Kühlen
des Chips sind jedoch wünschenswert.
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Zweitens
ist Vielseitigkeit hinsichtlich der Befestigung an gedruckten Schaltungsplatinen
erwünscht.
Da Konsumprodukte immer kleiner werden, besteht erhöhte Notwendigkeit
einer Vielseitigkeit von Halbleitern. Die Erzeugung von eingehausten Halbleitervorrichtungen,
die zur umkehrbaren Befestigung an gedruckten Schaltungsplatinen
(PCBs) geeignet sind, ist wünschenswert.
Weiterhin sind eingehauste Halbleitervorrichtungen mit derselben
Grundfläche
wünschenswert,
die unterschiedliche Chipgrößen oder
mehrere Chips aufnehmen können.
Elektronikprodukte können
hinsichtlich des Grades ihrer Fähigkeiten
variieren, so dass unterschiedliche Halbleiterchips oder sogar mehrere
Chips, dabei aber dieselbe Grundfläche für die Herstellung erforderlich sind.
Somit ist eine eingehauste Vorrichtung erwünscht, die unterschiedliche
Chipgrößen oder
mehrere Chips mit derselben Grundfläche zulässt. Die Erfindung dient der
Lösung
der erwähnten
sowie anderer Probleme, in separaten Ausführungsformen kollektiv und
separat.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung betreffen eine eingehauste Halbleitervorrichtung und ein
Verfahren zur Herstellung der eingehausten Vorrichtung.
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Die
Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst:
(a) wenigstens einen Halbleiterchip, umfassend eine erste Oberfläche, eine
zweite Oberfläche
und einen Vertikaltransistor mit wenigstens einem Steuerbereich
und wenigstens einem ersten Anschlussbereich an der ersten Oberfläche sowie
einem zweiten Anschlussbereich an der zweiten Oberfläche; (b)
einen thermischen Clip mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei
die zweite Oberfläche
mit dem Drain-Bereich des Halbleiterchips verbunden ist; (c) wenigstens
eine erste Anschluss-Padstruktur mit einer ersten Oberfläche, einer
zweiten Oberfläche
und wenigstens einem Source-Leiter, der sich von einer Seite der
ersten Anschluss-Padstruktur
erstreckt, wobei der erste Anschlussbereich des Halbleiterchips
mit der ersten Oberfläche
der ersten Anschluss-Padstruktur verbunden ist; (d) wenigstens eine
Steuer-Padstruktur
mit einer ersten Oberfläche,
einer zweiten Oberfläche
und wenigstens einem Steuerleiter, der sich von einem Ende der Steuer-Padstruktur erstreckt,
wobei der Steuerbereich des Halbleiterchips mit der ersten Oberfläche der
Steuer-Padstruktur verbunden ist; (e) wenigstens eine zweite Anschluss-Padstruktur
mit einer ersten Oberfläche,
einer zweiten Oberfläche
und wenigstens einem zweiten Anschlussleiter, der sich von einem
Ende der zweiten Anschluss-Padstruktur erstreckt, wobei die erste
Oberfläche
des zweiten Anschluss-Pads mit der zweiten Oberfläche des
thermischen Clips verbunden ist; und (f) ein nichtleitendes Formmaterial, das
den Halbleiterchips kapselt, wobei die erste Oberfläche des
thermischen Clips und die zweite Oberfläche der ersten Anschluss-Padstruktur
durch das nichtleitende Formmaterial freiliegen und wobei der Steuerleiter,
der erste Anschlussleiter und der zweite Anschlussleiter durch das
nichtleitende Formmaterial freiliegen.
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Die
erste Ausführungsform
enthält
ein Mosfet. Die Ausführungsform
enthält
einen oben freiliegenden thermischen Clip und ein unten freiliegendes Source-Pad,
wobei ein Halbleiterchip einen Gate-, Source- und Drain-Bereich
aufweist, der so ausgerichtet ist, dass die Bereiche des Halbleiterchips
mit der entsprechenden Struktur in Kontakt stehen (z. B. ist der
Source-Bereich des Chips an dem Source-Pad befestigt). Weiterhin
sind die Source-, Gate- und Drain-Leiter alle mit dem unten freiliegenden Source-Pad
koplanar.
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Die
zweite Ausführungsform
ist der ersten Ausführungsform ähnlich,
jedoch mit einem oben freiliegenden Source-Pad und einem unten freiliegenden
thermischen Clip, wobei die Source-, Gate- und Drain-Leiter alle
mit dem thermischen Clip koplanar sind.
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Die
dritte Ausführungsform
der Vorrichtung, die wiederum ein Mosfet aufweist, enthält einen
Halbleiterchip, der zwei Source-Bereiche und zwei Gate-Bereiche
aufweist. Daher sind zwei Source-Pads, die oben freiliegen, und
zwei Gate-Pads notwendig, die an den entsprechenden Bereichen des
Chips befestigt sind. Die Gate-, Source- und Drain-Leiter sind alle
mit dem unten freiliegenden thermischen Clip koplanar.
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Die
vierte Ausführungsform
der Vorrichtung ist ein oben freiliegender thermischer Clip mit
einem Halbleiterchip, der zwei Source- und Gate-Bereiche aufweist,
wodurch zwei Source- und Gate-Pads zur Befestigung an dem Chip erforderlich
sind. Die Source-, Gate- und Drain-Leiter dieser Ausführungsform sind
mit den unten freiliegenden Source-Pads koplanar.
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All
diese Ausführungsformen
sind mit einem nichtleitenden Formmaterial eingehausten, das die Halbleitervorrichtung
kapselt, um sie vor Verunreinigungen von außen und Umgebungsfaktoren zu schützen. Mit
diesen Ausführungsformen
sind die Ausführungsformen
der eingehausten Vorrichtung nicht vollständig genannt. Es ist möglich, in
dieser Erfindung mehrere Halbleiterchips zu verwenden. Weiterhin
kann der Transistor ein Vertikal-Bipolartransistor sein. Das durchgängige Merkmal
dieser Vorrichtung ist jedoch eine Grundfläche, die aus Folgendem besteht:
(1) den Steuer- und ersten Anschlussleitern, (2) entweder einem
thermischen Clip oder einem ersten Anschluss-Pad, der bzw. das unten
freiliegt, und (3) zweiten Anschlussleitern.
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Die
Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtungen,
umfassend: (a) Bereitstellen von wenigstens einem Halbleiterchip,
umfassend eine erste Oberfläche,
eine zweite Oberfläche
und einen Vertikaltransistor, der wenigstens einen Steuerbereich
und wenigstens einen ersten Anschlussbereich an der ersten Oberfläche und
einen zweiten Anschlussbereich an der zweiten Oberfläche aufweist;
(b) Bereitstellen eines thermischen Clips mit einer ersten Oberfläche und
einer zweiten Oberfläche;
(c) Bereitstellen eines Leadframe-Arrays im Matrixformat, wobei
der Leadframe umfasst: wenigstens eine erste Anschluss-Padstruktur
mit wenigstens einem ersten Anschlussleiter, der sich von einer Seite
der ersten Anschluss-Padstruktur erstreckt; wenigstens eine Steuer-Padstruktur
mit wenigstens einem Steuerleiter, der sich von einem Ende der Steuer-Padstruktur
erstreckt; wenigstens eine zweite Anschluss-Padstruktur mit wenigstens
einem zweiten Anschlussleiter, der sich von einem Ende der zweiten
Anschluss-Padstruktur erstreckt, wobei der Leadframe eine erste
Oberfläche
und eine zweite Oberfläche
aufweist; (d) Bereitstellen eines nichtleitenden Formmaterials;
(e) Befestigen des zweiten Anschlussbereichs des Halbleiterchips
an der zweiten Oberfläche
des thermischen Clips; (f) Befestigen des Steuerbereichs des Halbleiterchips
an der ersten Oberfläche
der Steuer-Padstruktur und des ersten Anschlussbereichs an der ersten
Oberfläche
der ersten Anschluss-Padstruktur in dem Leadframe; (g) Befestigen
der zweiten Oberfläche
des thermischen Clips an der ersten Oberfläche der zweiten Anschluss-Padstruktur
in dem Leadframe und (h) Kapseln des Halbleiterchips, des thermischen
Clips und des Leadframes mit dem nichtleitenden Formmaterial, wobei
die erste Oberfläche
des thermischen Clips und die erste Anschluss-Padstruktur auf der zweiten Oberfläche des
Leadframes sowie der Steuerleiter, die ersten Anschlussleiter und
die zweiten Anschlussleiter durch das Formmaterial freiliegen.
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Die
Erfindung hat gegenüber
dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen. Erstens wird erfindungsgemäß hohe thermische
Kapazität
erwartet, da beide Seiten der eingehausten Halbleitervorrichtung Freiliegen.
Das Freiliegen des thermischen Clips sorgt in der eingehausten Vorrichtung
für eine
natürliche
Wärmesenke.
Durch das Freiliegen sowohl des thermischen Clips als auch des Source-Pads
wird ermöglicht,
dass der Halbleiter während
seines Betriebs auf natürliche
Weise gekühlt
wird, wodurch verbesserte thermische Kapazität bereitgestellt wird. Zweitens
können
beide Seiten der eingehausten Vorrichtung an einem PCB befestigt
sein. Drittens kann der eingehauste Halbleiter Halbleiterchips verschiedener
Größe oder
sogar mehrere Chips enthalten und dennoch dieselbe Grundfläche aufweisen.
Viertens ist der Herstellungsprozess der Vorrichtung insofern einfacher,
als vorbeschichtete Leadframes verwendet werden können, anstatt
die Leadframes während
der Herstellung zu beschichten. Schließlich ist die Vorrichtung sowohl
mit Kupfer-Bumps als auch mit stromlosen Nickel-Gold-Bumps flexibel anwendbar.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Ansicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben freiliegendem
thermischem Clip von oben.
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2 zeigt
eine Unteransicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben
freiliegendem thermischem Clip.
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3 zeigt
eine Ansicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben freiliegendem
thermischen Clip von oben, wobei das Formmaterial und der thermische
Clip teilweise entfernt sind, so dass der Halbleiterchip freiliegt.
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4 zeigt
eine Unteransicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben
freiliegendem thermischem Clip, wobei die Formmasse teilweise entfernt
ist.
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5 zeigt
eine Explosionsansicht der Teile in der eingehausten Halbleitervorrichtung
mit oben freiliegendem thermischem Clip.
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6 zeigt
eine Schnittansicht der eingehausten Vorrichtung mit oben freiliegendem
thermischem Clip.
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7 zeigt
eine Ansicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben freiliegendem
Source-Pad von oben.
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8 zeigt
eine Unteransicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben
freiliegendem Source-Pad.
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9 zeigt
eine Ansicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben freiliegendem
Source-Pad von oben, wobei die Formmasse teilweise entfernt ist.
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10 zeigt
eine Unteransicht der eingehausten Halbleitervorrichtung mit oben
freiliegendem Source-Pad, wobei das Formmaterial und der thermische
Clip teilweise entfernt sind, so dass der Halbleiterchip freiliegt.
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11 zeigt
eine Schnittansicht der eingehausten Vorrichtung mit oben freiliegendem
Source-Pad.
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12 zeigt
eine Ansicht eines Schemas eines eingehausten Halbleiters mit oben
freiliegendem Source-Pad mit einem Chip, der mehrere Source- und
Gate-Bereiche aufweist, von oben.
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12a zeigt eine Schnittansicht eines Schemas eines
eingehausten Halbleiters mit oben freiliegendem Source-Pad mit einem
Chip, der mehrere Source- und Gate-Bereiche aufweist.
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13 zeigt
eine Ansicht eines Schemas eines eingehausten Halbleiters mit oben freiliegendem thermischem
Clip mit einem Chip, der mehrere Source- und Gate-Bereiche aufweist,
von oben.
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13a zeigt eine Schnittansicht eines Schemas eines
eingehausten Halbleiters mit oben freiliegendem thermischem Clip
mit einem Chip, der mehrere Source- und Gate-Bereiche aufweist.
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14 zeigt
den Prozessablauf eines Verfahrens zur Herstellung der eingehausten
Halbleitervorrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
Erfindung betrifft eine eingehauste Halbleitervorrichtung. Die Vorrichtung
enthält
einen Halbleiterchip, beispielsweise einen Flip-Chip, der eine Oberfläche mit
wenigstens einem Gate- und Source-Bereich und auf der gegenüberliegenden
Oberfläche
einen Drain-Bereich
aufweist. Der Halbleiterchip kann auf der Source/Gate-Oberfläche Vorsprünge aufweisen,
wodurch der Flip-Chip an eine Oberfläche eines Chipbefestigungs-Pads
in einem Leadframe oder insbesondere an die Source- und Gate-Pads gekoppelt
ist. Der Drain-Bereich des Flip-Chips ist an einer Oberfläche des
thermischen Clips befestigt. Die Vorrichtung kann entweder einen
oben freiliegenden oder thermischen Clip oder ein oben freiliegendes Source-Pad
aufweisen und weist ein unten freiliegendes Source-Pad bzw. einen
unten freiliegenden thermischen Clip auf. Diese montierte Vorrichtung
wird dann mit einem nichtleitenden Formmaterial wie etwa einem Kunststoffharz
bedeckt. Das Formmaterial ist notwendig, um den Flip-Chip vor Verunreinigungen oder
anderen Faktoren in seiner Umgebung zu schützen, und isoliert außerdem bestimmte
Teile innerhalb der Vorrichtung elektrisch (z. B. das Gate-Pad von dem
Source-Pad). Die Gate-, Source- und Drain-Leiter liegen jedoch durch
das Formmaterial frei, wie auch die äußeren Oberflächen des
Source-Pads und des thermischen Clips, unabhängig davon, ob sie oben oder
unten freiliegen. Die Leiter sind mit der unten freiliegenden Oberfläche koplanar,
unabhängig davon,
ob es sich um ein Source-Pad oder einen thermischen Clip handelt.
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Die
eingehauste Halbleitervorrichtung hat mehrere Vorteile. Das Freiliegen
des thermischen Clips und des Source-Pads sorgt für hohe thermische Kapazität, wodurch
für den
Chip im Betrieb ein Kühlmechanismus
bereitgestellt wird. Außerdem
kann die Erfindung Ausführungsformen
mit Halbleiterchips verschiedener Größen oder mit mehreren Chips
haben und dennoch dieselbe Grundfläche aufweisen. Der Typ oder
die Menge der Halbleiterchips kann berücksichtigt werden, ohne die
Gehäuseform
aufzugeben, so dass Einheitlichkeit bei der Herstellung des Endproduktes
ermöglicht
wird, in welchem der eingehauste Halbleiter verwendet wird. Weiterhin
ist diese Erfindung in ihrer Gestalt mit Vorrichtungen mit 8-Pin-SOP-Gehäuse (Std
S08) und mit verlustfreiem Gehäuse
(FLPAK) vergleichbar.
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1–13a zeigen mehrere Ausführungsformen der Erfindung,
und 14 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.
In 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform
einer eingehausten Halbleitervorrichtung mit einem oben freiliegenden
thermischen Clip 100 gezeigt, wobei als Halbleiterchip
ein Flip-Chip verwendet wird. Die Vorrichtung enthält einen
thermischen Clip 101, einen Gate-Leiter 104, Source-Leiter 105,
Drain-Leiter 106, ein Source-Pad 108, ein Gate-Pad 109 und
nichtleitendes Formmaterial 103. Der thermische Clip 101 und
das Source-Pad 108 weisen jeweils eine Oberfläche auf,
die durch das nichtleitende Formmaterial 103 freiliegt.
Das Gate-Pad 109 liegt zwar durch das Formmaterial 103 frei,
ist jedoch mit nichtleitendem Lack bedeckt. Bezüglich 2 liegen
der Gate-Leiter 104 und die Source-Leiter 105 seitlich
durch das Formmaterial 103 an der linken Seite des eingehausten
Halbleiters 100 frei, und Drain-Leiter 106 liegen seitlich
an der rechten Seite durch Formmaterial 103 frei.
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1 und 2 zeigen
nur einen Gate-Leiter 104, drei Source-Leiter 105 und
vier Drain-Leiter 106. Es gibt andere Ausführungsformen,
die mehrere Source- und Gate-Leiter aufweisen, wobei jeder Leiter
an einem eigenen Source- oder Gate-Pad befestigt ist. Der Gate-Leiter 104 und
die Source-Leiter 105 haben Knickflügelform, so dass die Leiter 104, 105 mit
dem unten freiliegenden Source-Pad 108 koplanar sind. Ein
wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Koplanarität des Gate-Leiters 104,
Source-Leiters 105 und Drain-Leiters 106 mit dem
Source-Pad 108, um eine Grundfläche auszubilden. Das Erzeugen
einer einzigen Grundfläche
ist für
Herstellungszwecke im Hinblick auf andere Vorrichtungen von Bedeutung, in
denen der Halbleiter verwendet wird.
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3 und 4 zeigen
eine angeschnittene Ansicht sowohl der Oberseite als auch der Unterseite des
eingehausten Halbleiters 100 in dieser ersten Ausführungsform.
Ein aus dieser Ansicht ersichtliches Merkmal ist die Halbätzung 114, 116 auf
sowohl dem thermischen Clip 101 als auch dem Source-Pad 108.
Die Halbätzung 114 um
den thermischen Clip 101 legt das nichtleitende Formmaterial 103 fest.
In ähnlicher
Weise legt die Halbätzung 116 um
das Source-Pad 108 das
nichtleitende Formmaterial 103 an der Vorrichtung fest,
so dass die eingehauste Halbleitervorrichtung 100 entsteht.
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Von
der angeschnittenen Ansicht in 3 nach innen
gesehen, verbindet eine Schicht Lotpaste 115 den thermischen
Clip 101 mit dem Drain-Bereich des Flip-Chips 112.
Der Flip-Chip 112 weist an einer Seite einen Drain-Bereich
auf, wobei die gegenüberliegende
Seite die Source- und Gatebereiche enthält. In dieser ersten Ausführungsform
zeigt der Flip-Chip 112 einen der nicht freiliegenden Oberfläche des thermischen
Clips 101 zugewandten Drain-Bereich. Das Drain-Pad 113 ist
ebenfalls mit Lotpaste 115 an der nicht freiliegenden Oberfläche des
thermischen Clips 101 befestigt. Der Flip-Chip 112 weist
eine Anzahl Bumps auf, die sowohl von den Gate- als auch von den
Source-Bereichen vorstehen und mit Lotpaste bedeckt sind, wodurch
eine sichere Verbindung zwischen dem Source-Pad 108, dem
Gate-Pad 109 und dem Flip-Chip 112 hergestellt
wird. In dieser ersten Ausführungsform
sind ein Gate-Bump 111 und mehrere Source-Bumps 110 vorhanden,
die jeweils von dem Gate-Bereich bzw. dem Source-Bereich des Flip-Chips 112 vorstehen.
Das Gate-Bump 111 und das Gate-Pad 109 sowie die
Source-Bumps 110 und das Source-Pad 108 sind jeweils
mit Lotpaste befestigt.
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Weiterhin
steht ein Steg 107 von dem Source-Pad 108 vor.
Der Steg 107 verbindet das Source-Pad mit dem Leadframe.
Generell wird der Leadframe bei der Herstellung genutzt. Der Leadframe
enthält
die Source-, Gate- und Drain-Leiter und -Pads oder eine Chipbefestigungs-Pad
und Leiter. Diese Leadframes haben ein Array-Format, in dem sie
alle durch Verbindungsschienen verbunden sind. Diese Verbindungsschienen
verlaufen parallel zueinander, wobei das Chipbefestigungs-Pad und
Leiter, beispielsweise zwischen den zwei Verbindungsschienen, durch
Stege gestützt
werden. Die Stege stützen das
Chipbefestigungs-Pad während
der Herstellung und befestigen das Chipbefestigungs-Pad, das in
der Mitte aufgehängt
ist, an den Verbindungsschienen. Sobald die Halbleiterchips an dem
Chipbefestigungs-Pad in dem Leadframe befestigt sind und der Leadframe
der Formung unterzogen wird, können
sie dann zu einzelnen Stücken
geschnitten oder aus dem Leadframe herausgestanzt werden, so dass eine
eingehauste Halbleitervorrichtung zurückbleibt. In diesem Fall stützen die
Stege 107 das Source-Pad 108 während der
Montage.
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4 zeigt
eine angeschnittene Ansicht des unten freiliegenden Source-Pads 108 des
eingehausten Halbleiters 100 in der ersten Ausführungsform.
Das Source-Pad 108 weist um seinen Umfang Halbätzung 116 auf,
um das Formmaterial 103 an der Vorrichtung 100 festzulegen.
Das Gate-Pad 109 und das Drain-Pad 113 stehen
nicht in direktem Kontakt mit dem Source-Pad 108. Das Formmaterial 103 umgibt
die Kanten des Source-Pads 108 vollständig, wobei eine Oberfläche des
Source-Pads 108 durch das Formmaterial 103 freiliegt,
so dass das Source-Pad 108 nicht direkt mit dem Gate-Pad 109 und
dem Drain-Pad 113 in Kontakt steht. Weiterhin bedeckt das
Formmaterial 103 teilweise die Source-Leiter 105,
Gate-Leiter 104 und
Drain-Leiter 106, so dass die Leiter durch das Formmaterial 103 freiliegen.
Der Steg 107, der ein Überrest
des Leadframes ist, ist an der Seite am nächsten an dem Drain-Pad 113 zu
sehen, die sich von dem Source-Pad 108 erstreckt. Das Gate-Pad 109 weist
einen Gate-Leiter 104 auf,
der sich davon erstreckt und ebenfalls eine Halbätzung 118 aufweist.
Wieder ist die Halbätzung 118 dabei von
Nutzen, das Formmaterial 103 zur korrekten Einhausung der
Vorrichtung an der Struktur festzulegen.
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5 ist
eine Explosionsansicht der eingehausten Halbleitervorrichtung von
oben nach unten und zeigt: den thermischen Clip 101 mit
einer Halbätzung 114 um
seinen Umfang; den Flip-Chip 112 mit dem Drain-Bereich,
der dem thermischen Clip 101 zugewandt ist; das Source-Pad 109 mit
Source-Leitern 105 und mit Lotpaste 117 zur Aufnahme
und Befestigung der Bumps auf dem Source-Bereich des Flip-Chips 112;
das Gate-Pad 109 mit einem Gate-Leiter 104 und
mit Lotpaste 117 zur Aufnahme und Befestigung des Gate-Bumps
auf dem Flip-Chip 112 an dem Gate-Pad 109; das
Drain-Pad 113 mit Drain-Leitern 106 sowie das
Formmaterial 103 zum Kapseln der Vorrichtung.
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6 ist
eine Schnittansicht der eingehausten Halbleitervorrichtung 100.
Von links nach rechts ist der Gate-Leiter 104 teilweise
mit Formmaterial 103 bedeckt dargestellt. Bei Betrachtung
des Gate-Pads 109 ist die Halbätzung 118 zu sehen,
und ebenso das Formmaterial 103 zwischen dem Gate-Pad 109 und
dem Source-Pad 108, so dass die beiden Strukturen elektrisch
isoliert sind. Außerdem ist
die Halbätzung 116 um
den Umfang des Source-Pads 108 zu sehen. Sowohl auf dem
Source-Pad 108 als auch auf dem Gate-Pad 109 befindet
sich Lotpaste 117, welche die Source-Bumps 110 und
das Gate-Bump 111, die von dem Flip-Chip 112 vorstehen,
mit dem Source-Pad 108 bzw. dem Gate-Pad 109 verbinden.
Der Drain-Bereich des Flip-Chips 112 ist mit Lotpaste 115 an
dem thermischen Clip 101 befestigt. Das Drain-Pad 113 ist
ebenfalls mit Lotpaste 115 auf derselben Oberfläche wie
der Flip-Chip 112 an dem thermischen Clip 101 befestigt.
Das Drain-Pad 113 und der Flip-Chip 112 sind ebenfalls durch
das Formmaterial 112 elektrisch isoliert. Die Drain-Leiter 106 erstrecken
sich durch das Formmaterial 103. Die Drain-Leiter 106,
Source-Leiter [in dieser Figur nicht dargestellt] und der Gate-Leiter 104 sind
mit dem unten freiliegenden Source-Pad 108 koplanar, wodurch
eine Grundfläche
erzeugt wird.
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In
einer zweiten Ausführungsform
zeigen 7 und 8 eine eingehauste Halbleitervorrichtung 200 mit
einem oben freiliegenden Source-Pad. 7 zeigt
eine Oberfläche des
Source-Pads 201, die durch das Formmaterial 203 freiliegt.
Das Gate-Pad 202 liegt ebenfalls durch das Formmaterial 203 frei,
ist jedoch mit nichtleitendem Lack bedeckt. Der Gate-Leiter 205,
die Source-Leiter 206 und die Drain-Leiter 207 liegen
durch das Formmaterial 203 frei. 8 zeigt
die Unterseite des eingehausten Halbleiters 200, wobei
eine Oberfläche
des thermischen Clips 209 durch das Formmaterial 203 freiliegt. Der
Gate-Leiter 205, die Source-Leiter 206 und die Drain-Leiter 207 sind
mit dem thermischen Clip 209 koplanar, wodurch eine Grundfläche erzeugt
wird.
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9 und 10 sind
angeschnittene Ansichten der zweiten Ausführungsform, gesehen von oben
und unten. Bezüglich 9 ist
das Merkmal der Halbätzung 211 um
das Source-Pad 201 zum Festlegen des Formmaterials 203 an
dem Source-Pad 201 sichtbar. Das Source-Pad 201 weist
einen Steg 208 auf, der ein Überrest des Leadframes ist.
Das Gate-Pad 202 weist eine Halbätzung 218 zum Festlegen
des Formmaterials 203 an dem Gate-Pad 202 auf.
Das Formmaterial 203 umgibt das Source-Pad 201 vollständig, so
dass keine direkte Verbindung zwischen dem Source-Pad 203 und
entweder dem Gate-Pad 202 oder dem Drain-Pad 210 besteht.
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10 zeigt
die Unteransicht des eingehausten Halbleiters 200. Der
thermische Clip 209 weist um den Umfang Halbätzung 216 auf,
um das nichtleitende Formmaterial 203 festzulegen. Das Drain-Pad 210 und
der Flip-Chip 212 haften mit Lotpaste 213 an der
nicht freiliegenden Oberfläche
des thermischen Clips 210. Der Flip-Chip 212 weist
an einer Seite des Chips einen Drain-Bereich auf und weist an der
gegenüberliegenden
Seite einen Gate- und Source-Bereich auf. Der Flip-Chip 212 weist
ein Gate-Bump 215 und Source-Bumps 214 auf, die
von dem jeweiligen Gate- und Source-Bereich auf dem Flip-Chip 212 vorstehen.
Diese Bumps 214, 215 verbinden den Flip-Chip 212 mit
dem Source-Pad 201 und dem Gate-Pad 202. Die Source-Leiter 206,
der Gate-Leiter 205 und die Drain-Leiter 207 sind
mit dem thermischen Clip 209 koplanar.
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Bezüglich 11 wird
eine Schnittansicht in die Halbleitervorrichtung 200 gezeigt.
Der Gate-Leiter 205 und der Source-Leiter [in dieser Figur
nicht dargestellt] sind mit dem thermischen Clip 209 koplanar.
Der Gate-Leiter 205 ist teilweise mit dem nichtleitenden
Formmaterial 203 bedeckt. Das Gate-Pad 202 ist
mit dem Formmaterial 203 bedeckt, wodurch es von dem Source-Pad 201 isoliert
ist. Das Gate-Pad 203 und das Source-Pad 201 weisen
Lotpaste 217 auf, die das Gate-Bump 215 und die
Source-Bumps 214, die von dem Flip-Chip 212 vorstehen, mit
dem Gate-Pad 202 bzw. dem Source-Pad 201 verbinden.
Auf der gegenüberliegenden
Seite des Flip-Chips 212 befindet sich Lotpaste 213,
die den Flip-Chip 112 an dem thermischen Clip 209 befestigt. Das
Drain-Pad 210 ist auch mit Lotpaste 213 an dem thermischen
Clip 209 befestigt. Das Formmaterial 203 trennt
das Drain-Pad 210 von dem Flip-Chip 212 und bedeckt auch teilweise
die Drain-Leiter 207. Die Drain-Leiter 207 sind
mit dem thermischen Clip 209 koplanar.
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12, 12a, 13 und 13a zeigen
zwei andere Ausführungsformen,
bei denen die Flip-Chips 309, 409 mehrere Gate-
und Source-Bereiche aufweisen. Insbesondere weisen die Flip-Chips 309, 409 zwei
Gate-Bereiche und zwei Source-Bereiche auf. 12 und 12a zeigen einen eingehausten Halbleiter 300 mit
oben freiliegendem Source-Pad in einer dritten Ausführungsform, während 13 und 13a einen eingehausten Halbleiter 400 mit
oben freiliegendem thermischem Clip in einer vierten Ausführungsform
zeigen.
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12 und 12a zeigen die Gate-Leiter 304, die sich
von dem Gate-Pad 303 durch das nichtleitende Formmaterial 314 erstrecken.
In ähnlicher Weise
erstrecken sich die Source-Leiter 305 von dem Source-Pad 302 durch
das nichtleitende Formmaterial 314. Das Source-Pad 320 liegt
durch das Formmaterial 314 frei. Die Source-Leiter 305 und
Gate-Leiter 304 haben Stufenform, so dass sie mit dem thermischen
Clip 301 koplanar sind. Die in der Vorrichtung 300 erzeugte
Grundfläche
ist dieselbe wie die in der zweiten Ausführungsform erzeugte Grundfläche. Der thermische
Clip 301 weist eine unten freiliegende Oberfläche durch
das Formmaterial 314 auf und weist eine Halbätzung 313 auf,
um das Formmaterial 314 festzulegen. Der Flip-Chip 309 und
das Drain-Pad 308 sind mit Lotpaste an dem thermischen Clip 301 befestigt.
Der Flip-Chip 309 ist mit Lotpaste, welche die Source-Bumps 311 bzw.
Gate-Bumps 310 hält
und aufnimmt, mit dem Source-Pad 302 und dem Gate-Pad 303 verbunden.
Das Gate-Pad 303 und das Source-Pad 302 sind durch
Formmaterial 314 voneinander getrennt, und die Source-Pads 302 weisen
um den Umfang eine Halbätzung 312 auf,
um das Formmaterial 314 festzulegen. Die Halbätzung 315 in
dem Gate-Pad 303 ist auch aus der Perspektive in 12a zu sehen. Weiterhin weisen die Source-Pads 302 Stege 307 auf,
die Überreste
des bei der Herstellung verwendeten Leadframes sind. Diese Stege 307 trennen
die beiden Drain-Pads 308 voneinander und erstrecken sich
durch das Formmaterial 314.
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13 und 13a zeigen einen oben freiliegenden thermischen
Clip 401 und ein unten freiliegendes Source-Pad 402 mit
einem Flip-Chip 404 mit zwei Gate-Bereichen und Source-Bereichen
entsprechend den beiden Gate-Pads 403, Source-Pads 402 und
Drain-Pads 405. Die Source-Leiter 406 und Gate-Leiter 407 haben
Knickflügelform,
so dass sie mit dem Source-Pad 402 und den Drain-Leitern 406 koplanar
sind. Die in dieser Vorrichtung erzeugte Grundfläche ist dieselbe wie die aus
der ersten Ausführungsform.
Die Source-Leiter 406, Gate-Leiter 407 und Drain-Leiter 406 sind
mit dem Source-Pad 402 koplanar. Die Merkmale der Halbleitervorrichtung 400 sind
denen der Halbleitervorrichtung 300 in 12 und 12a ähnlich,
wobei jedoch der thermische Clip 301 oben freiliegt und
ein Source-Pad 302 unten freiliegt, während der thermische Clip 401 und
die Source-Pads 402 in 13 und 13a sich in entgegengesetzten Positionen befinden.
-
14 zeigt
einen Prozess zum Herstellen der eingehausten Halbleitervorrichtung.
Das Herstellungsverfahren ist für
die verschiedenen Ausführungsformen
dasselbe, variiert jedoch hinsichtlich der Anzahl oder Typen der
verwendeten Halbleiterchips sowie der Anzahl und Typen der Source-,
Drain- und Gate-Strukturen (d. h. Strukturen, die sowohl das Pad
als auch die Leiter enthalten). Lotpaste wird auf die Oberfläche des
thermischen Clips abgegeben, der sich in einem Array-Format befindet,
und der Drain-Bereich des Halbleiterchips wird an dem thermischen
Clip befestigt (Schritt 501, 502). Sodann wird
der thermische Clip mit dem befestigten Chip singuliert (Schritt 503).
Der Leadframe wird dann vorbereitet, indem Lotpaste auf die Bereiche
abgegeben wird, wo das Source-Pad und das Gate-Pad die Source- und Gate-Bumps auf dem
Halbleiterchip aufnehmen (Schritt 504). Gleichzeitig wird
die Paste auf das Drain-Pad zur Befestigung an dem thermischen Clip
abgegeben (Schritt 504). Der thermische Clip mit dem Chip
wird dann an dem Leadframe befestigt (Schritt 505). Ein
Aufschmelzlötprozess
wird verwendet, um schließlich
zu verbonden: (1) den thermischen Clip und den Chip, (2) den thermischen
Clip und das Drain-Pad, (3) das Gate-Pad und das Gate-Bump sowie
(4) das Source-Pad und die Source-Bumps [nicht dargestellt].
-
Nach
dem Aufschmelzlötprozess
wird die Vorrichtung dann durch Anwendung eines nichtleitenden Formmaterials
zum Kapseln der Vorrichtung eingehaust, wobei der thermische Clip,
das Source-Pad sowie die Gate-, Source- und Drain-Leiter durch das
Formmaterial frei bleiben (Schritt 506). Verfahren zum
Formen der Vorrichtung sind dem Fachmann bekannt. Die eingehauste
Vorrichtung kann dann markiert werden (Schritt 507). Nach
dem Markieren der Vorrichtung wird sie beschnitten und geformt (Schritt 508).
Die Vorrichtung wird dann mit jedem dem Fachmann bekannten Verfahren
singuliert, beispielsweise durch Sägen, wodurch die Gate-, Source-
und Drain-Pads von dem Leadframe-Array getrennt werden und die Stege
von den Verbindungsschienen geschnitten werden, welche die Leadframe-Arrays verbinden
(Schritt 509). Das entstehende Produkt ist eine eingehauste Halbleitervorrichtung mit
zwei freiliegenden Oberflächen
und Leitern, die mit der unten freiliegenden Oberfläche koplanar
sind.
-
Die
vorangehenden Ausführungsformen wurden
im Zusammenhang mit einem Vertikal-Mosfet-Transistor beschrieben.
Für den
Fachmann versteht sich jedoch, dass eine Ersetzung durch andere Transistoren
und Vorrichtungen möglich
ist. Beispielsweise könnte
der Mosfet durch einen Vertikal-Bipolartransistor ersetzt werden,
wobei Emitterbereiche und -kontakte den Source-Bereichen und -Kontakten
entsprechen, ein Basisbereich und -kontakt dem Gate-Bereich und
den Gate-Kontakten entsprechen und ein Kollektorbereich und -kontakt
dem Drain-Bereich und Drain-Kontakt entspricht.
-
Die
Erfindung ist zwar in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden,
für den
Fachmann versteht sich jedoch, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können und
Elemente daraus durch Äquivalente
ersetzt werden können,
um eine Anpassung an bestimmte Situationen vorzunehmen, ohne vom
Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die
Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt ist,
die als bester zur Ausführung dieser
Erfindung vorgesehener Modus offenbart sind, sondern dass die Erfindung
alle Ausführungsformen umfasst,
die innerhalb des Umfangs und Gedankens der beigefügten Ansprüche liegen.
-
Zusammenfassung
-
Die
beanspruchte Erfindung ist eine eingehauste Halbleitervorrichtung
mit zwei freiliegenden Oberflächen
und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung. Ein thermischer
Clip und ein oder mehrere Source-Pads liegen an entgegengesetzten
Enden der Vorrichtung durch ein zum Einhausen der Vorrichtung verwendetes,
nichtleitendes Formmaterial frei. Der thermische Clip und das Source-Pad
können
entweder oben oder unten freiliegen. Die Gate-, Source- und Drain-Leiter liegen durch
das Formmaterial frei, und alle Leiter sind mit der unten freiliegenden
Oberfläche
koplanar. Die Vorrichtung kann mehrere Halbleiterchips oder Chips
mit unterschiedlichen Größen aufweisen
und dabei dennoch eine einzige, konstante Grundfläche haben.
Das Verfahren zur Herstellung erfordert die Befestigung des Halbleiterchips
an einem thermischen Clip und dann die Befestigung des Chips mit
dem befestigten thermischen Clip an einem Leadframe. Die so entstehende
Vorrichtung wird dann geformt, markiert, beschnitten und singuliert,
in dieser Reihenfolge, wobei eine eingehauste Halbleitervorrichtung
mit zwei freiliegenden Oberflächen
erzeugt wird.
-
- 100
- eingehauster
Halbleiter mit oben freiliegendem thermischem Clip
- 101
- thermischer
Clip
- 103
- Formmaterial
- 104
- Gate-Leiter
- 105
- Source-Leiter
- 106
- Drain-Leiter
- 107
- Steg
- 108
- Source-Pad
- 109
- Gate-Pad
- 110
- Source-Bumps
- 111
- Gate-Bumps
- 112
- Flip-Chip
- 113
- Drain-Pad
- 114
- Halbätzung um
thermischen Clip
- 115
- Lotpaste
zum Befestigen von thermischem Clip und Drain-Pad an Flip-Chip
- 116
- Halbätzung um
Source-Pad
- 117
- Lotpaste
zum Befestigen von Source-Pad und Gate-Pad an Flip-Chip
- 118
- Halbätzung um
Gate-Pad
- 200
- Halbleiter
mit oben freiliegendem Source-Pad
- 201
- Source-Pad
- 202
- Gate-Pad
- 203
- Formmaterial
- 205
- Gate-Leiter
- 206
- Source-Leiter
- 207
- Drain-Leiter
- 208
- Steg
- 209
- thermischer
Clip
- 210
- Drain-Pad
- 211
- Halbätzung um
Source-Pad
- 212
- Flip-Chip
- 213
- Lotpaste
zum Befestigen von thermischem Clip und Drain-Pad an Flip-Chip
- 214
- Source-Bumps
- 215
- Gate-Bumps
- 216
- Halbätzung um
thermischen Clip
- 217
- Lotpaste
zum Befestigen von Gate-Pad und Source-Pad an Flip-Chip
- 218
- Halbätzung um
Gate-Pad
- 300
- eingehauster
Halbleiter mit oben freiliegenden Source-Pads mit Flip-Chip, mit
mehreren Source- und Gate-Bereichen
- 301
- thermischer
Clip
- 302
- Source-Pad
- 303
- Gate-Pad
- 304
- Gate-Leiter
- 305
- Source-Leiter
- 306
- Drain-Leiter
- 307
- Steg
- 308
- Drain-Pad
- 309
- Flip-Chip
- 310
- Gate-Bumps
- 311
- Source-Bumps
- 312
- Halbätzung um
Source-Pad
- 313
- Halbätzung um
thermischen Clip
- 314
- Formmaterial
- 315
- Halbätzung um
Gate-Pad
- 400
- eingehauster
Halbleiter mit oben freiliegendem thermischem Clip mit Flip-Chip,
mit mehreren Source- und Gatebereichen
- 401
- thermischer
Clip
- 402
- Source-Pad
- 403
- Gate-Pad
- 404
- Gate-Leiter
- 405
- Source-Leiter
- 406
- Drain-Leiter
- 407
- Steg
- 408
- Drain-Pad
- 409
- Flip-Chip
- 410
- Gate-Bumps
- 411
- Source-Bumps
- 412
- Halbätzung um
Source-Pad
- 413
- Halbätzung um
thermischen Clip
- 414
- Formmaterial
- 415
- Halbätzung um
Gate-Pad
- Schritt
501
- Abgeben
von Lotpaste auf thermischen Clip und Drain-Bereich eines Halbleiterchips
- Schritt
502
- Befestigen
des Flip-Chips an thermischem Clip
- Schritt
503
- Singulieren
des thermischen Clips
- Schritt
504
- Abgeben
von Lotpaste auf Leadframe
- Schritt
505
- Befestigen
von Halbleiterchip und thermischem Clip an Leadframe
- Schritt
506
- Formmaterial-Kapselung
- Schritt
507
- Markieren
der eingehausten Vorrichtung
- Schritt
508
- Beschneiden
und Formen der eingehausten Vorrichtung
- Schritt
509
- Singulieren
der eingehausten Vorrichtung