DE112006004098B4 - Halbleiter-Baugruppe mit einer Lead-Frame-Anordnung mit mindestens zwei Halbleiterchips und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
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Abstract
Halbleiter-Baugruppe, die eine Lead-Frame-Anordnung (2) mit mindesten einem Die-Pad (3) zur Aufnahme von zwei oder mehr Halbleiterchips (10, 20) aufweist, wobei das Die-Pad (3) aufweist: – einen ersten Kontaktbereich (13) zur Aufnahme eines ersten Halbleiterchips (10), – einen zweiten Kontaktbereich (23) zur Aufnahme eines zweiten Halbleiterchips (20), und – eine einzelne Stufe (17), die zwischen dem ersten Kontaktbereich (13) und dem zweiten Kontaktbereich (23) vorgesehen ist, wobei die Halbleiter-Baugruppe weiterhin einen ersten Halbleiterchip (10) auf dem ersten Kontaktbereich (13) und einen zweiten Halbleiterchip (20) auf dem zweiten Kontaktbereich (23) aufweist, wobei eine Höhe (h) der Stufe (17) größer ist als die Hälfte der Dicke des Halbleiterchips (10, 20) und wobei die Länge (l) der Stufe (17) länger als die Länge (Ic1; Ic2) des ersten und des zweiten Halbleiterchips (10, 20) ist.
Description
- Diese Erfindung betrifft eine Halbleiter-Baugruppe mit einer Lead-Frame-Anordnung mit mindestens zwei Halbleiterchips (Mehrfach-Halbleiterchip-Baugruppe) und ein Verfahren zu deren Herstellung.
- Eine Mehrfach-Chip-Baugruppe (Multi-Chip-Package) ermöglicht es, dass mehrere Chips auf einem einzelnen Die-Pad eines Lead-Frames montiert werden können. Die Funktionalität einer Einfachchip-Baugruppe ist auf den Halbleiterchip innerhalb der Baugruppe beschränkt. Die Funktionalität kann durch ein Redesign des Chips erhöht werden. Jedoch ist dies gewöhnlich ein zeitaufwändiger und teuerer Prozess. Mit einer Mehrfach-Chip-Baugruppe können diese Einschränkungen dadurch vermieden werden, dass ein zusätzlicher Chip in der Baugruppe aufgenommen werden kann.
- Die
US 6 333 549 B2 offenbart eine Baugruppe, die mehrere Halbleiterchips aufweist. Die Chips kommunizieren miteinander. - Die
US 5 789 816 A offenbart eine Mehrfach-Chip-Baugruppe, die das Befestigen von Drähten zwischen Halbleiterchips innerhalb der Baugruppe und zwischen den Chips und den Leads der Baugruppe ermöglicht. - Jedoch bieten diese Verfahren keine ausreichende Produktionsausbeute.
- Aus der
JP 9-283 687 A - Aus der
US 2002/0 149 103 A1 - Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Mehrfach-Halbleiterchip-Baugruppe anzugeben. Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Verbesserungen werden durch den Gegenstand der abhängigen Ansprüche erreicht.
- Die Erfindung gibt eine Halbleiter-Baugruppe mit einer Lead-Frame-Anordung an, die einen oder mehrere Die-Pads aufweist. Zumindest eines der Die-Pads weist einen ersten Kontaktbereich zur Aufnahme eines ersten Halbleiterchips und einen zweiten Kontaktbereich zur Aufnahme eines zweiten Halbleiterchips auf. Der Kontaktbereich kann einen vertieften Bereich beispielsweise zum Zwecke der Ausrichtung aufweisen. Eine einzelne Stufe ist zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich vorgesehen. Eine Chip-Klebstoffschicht verbindet die Halbleiterchips mit den Kontaktbereichen.
- Das Die-Pad ermöglicht es, dass sich die auf dem Die-Pad montierten Halbleiterchips einen gemeinsamen Masseanschluss teilen, der nahe den Halbleiterchips angeordnet ist. Es wird angenommen, dass Halbleiterchips mit einem nahen Masseanschluss ein geringes Eigenrauschen aufweisen. Analog- und Hochfrequenzschaltungen sind für derartiges Eigenrauschen empfindlich, so dass die Erfindung Vorteile für derartige Anwendungen bietet.
- Der erste Halbleiterchip und der zweite Halbleiterchip können unterschiedlich sein. Der Unterschied kann im Typ bestehen, wie zum Beispiel in der Arbeitsfrequenz und in Analog- oder Digitaltechnologie oder in der Größe.
- Gemäß der Erfindung ist eine einzige Stufe zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich vorgesehen. Das Niveau des ersten Kontaktbereichs ist dann geringer als das Niveau des zweiten Kontaktbereichs. Der erste Halbleiterchip wird auf dem unteren ersten Kontaktbereich befestigt, ehe der zweite Halbleiterchip auf dem höheren zweiten Kontaktbereich befestigt wird. Dies verhindert, dass der erste Chip-Klebstoff, der auf dem ersten Kontaktbereich angeordnet ist, den zweiten Kontaktbereich erreicht. Es gibt keinen wesentlichen Fluss an Chip-Klebstoff vom ersten Kontaktbereich zum zweiten Kontaktbereich, wodurch sich ein elektrischer Kurzschluss der auf dem zweiten Halbleiterchip gebildeten elektronischen Schaltung bilden oder sich der zweite Halbleiterchip neigen könnte. Eine Höhe der Stufe ist größer als die Hälfte der Dicke des Halbleiterchips und die Länge der Stufe ist länger als die Länge des ersten und des zweiten Halbleiterchips.
- Gemäß einem erläuternden Beispiel sind zwei Stufen zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich vorgesehen. Die zwei Stufen weisen eine abwärts gerichtete Stufe und eine aufwärts gerichtete Stufe auf, und sie bilden eine Rille. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich können dann auf ungefähr demselben Niveau sein. Die Rille hindert den Chip-Klebstoff daran, von einem Kontaktbereich auf den angrenzenden Kontaktbereich zu fließen. Die Länge der Rille ist vorzugsweise größer als die Länge des Halbleiterchips. Die Breite der Rille ist vorzugsweise größer als die halbe Dicke des Halbleiterchips. Die Tiefe der Rille ist vorzugsweise größer als die die halbe Dicke des Halbleiterchips.
- Der Chip-Klebstoff weist ein Material auf, das ein Erhitzen dafür benötigt, um seine Klebeeigenschaft zu aktivieren. Die Erfindung stellt auch sicher, dass ein derartig erhitzter Chip-Klebstoff keinen elektrischen Kurzschluss der Halbleiterchips bildet, wenn er sich in seinem flüssigen Zustand befindet.
- Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Baugruppe gemäß der Erfindung weist den Schritt des Vorsehens einer ersten Chip-Klebstoffschicht auf dem ersten Chip-Kontaktbereich auf. Danach wird der erste Halbleiterchip auf dem ersten Chip-Kontaktbereich platziert. Nachfolgend wird die Anordnung normalerweise erhitzt, um die Klebung des Halbleiterchips auf dem Kontaktbereich zu aktivieren. Der Chip-Klebstoff weist ein Verbindungsmaterial auf, das die Anwendung von Wärme erfordert, um aktiv zu werden.
- Dann wird eine zweite Chip-Klebstoffschicht auf einem zweiten Chip-Kontaktbereich aufgebracht. Der zweite Chip-Kontaktbereich grenzt an den ersten Chip-Kontaktbereich an. Der zweite Chip-Kontaktbereich befindet sich höher als der erste Chip-Kontaktbereich. Danach wird der zweite Halbleiterchip auf dem zweiten Chip-Kontaktbereich angeordnet. Dann wird die Anordnung normalerweise erhitzt, um das Zustandekommen der Klebung des zweiten Chips auf dem zweiten Chip-Kontaktbereich zu ermöglichen. Dieses Erhitzen kann dazu führen, dass der erste Chip-Klebstoffschicht schmilzt und auf den zweiten Halbleiterchip fließt. Jedoch wird jeder wesentliche Fluss durch die Höhendifferenz der Oberflächen der Kontaktbereiche verhindert.
-
1 zeigt eine Draufsicht einer vereinfachten Lead-Frame-Anordung gemäß der Erfindung. -
2 zeigt eine Schnittansicht der Lead-Frame-Anordung der1 im Schnitt entlang der Linie X-X. -
3 zeigt eine Draufsicht einer weiteren vereinfachten Lead-Frame-Anordung gemäß einem erläuternden Beispiel. -
4 zeigt eine Schnittansicht der Lead-Frame-Anordung der3 im Schnitt entlang der Linie Y-Y. -
1 zeigt eine Draufsicht einer vereinfachten Lead-Frame-Anordung2 gemäß der Erfindung. Die Lead-Frame-Anordung2 weist eine Mehrzahl von Drahtanschlusspads1 auf. Ein Die-Pad3 ist nahe den Drahtanschlusspads1 vorgesehen, und es weist einen ersten Kontaktbereich13 und einen zweiten Kontaktbereich23 auf. Über dem ersten Kontaktbereich13 ist ein erster Halbleiterchip10 angeordnet. Über dem zweiten Kontaktbereich23 ist ein zweiter Halbleiterchip20 angeordnet. - Eine Mehrzahl von Drahtanschlusspads
1 umgibt das Die-Pad3 . Die1 zeigt nur einen Teil der Drahtanschlusspads1 . - Das Die-Pad
3 und die Drahtanschlusspads1 können ein Kupfermaterial aufweisen. -
2 zeigt eine Schnittansicht der Lead-Frame-Anordung2 der1 im Schnitt entlang der Linie X-X. Eine erste Chip-Klebstoffschicht11 ist zwischen dem ersten Halbleiterchip10 und dem ersten Kontaktbereich13 eingefügt. Eine zweite Chip-Klebstoffschicht21 ist zwischen dem zweiten Halbleiterchip20 und dem zweiten Kontaktbereich23 angeordnet. - Der zweite Kontaktbereich
23 ist höher als der erste Kontaktbereich13 und ist von dem ersten Kontaktbereich13 durch eine Stufe17 getrennt. Die Stufe17 weist eine Stufenfläche16 und eine Stufenhöhe14 auf. Die Höhe h der Stufenhöhe14 beträgt ungefähr 100 μm (Mikrometer). - Der erste Halbleiterchip
10 hat eine Länge lc1 von ungefähr 4550 μm, eine Breite wc1 von ungefähr 3200 μm und eine Dicke t von ungefähr 100 μm. Die untere Fläche15 des ersten Halbleiterchips10 befindet sich ungefähr 30 μm oberhalb des ersten Kontaktbereichs13 . Der zweite Halbleiterchip20 hat eine Länge Ic2 von ungefähr 1120 μm, eine Breite wc2 von ungefähr 1104 μm und eine Dicke t von ungefähr 100 μm. Die untere Fläche25 des zweiten Halbleiterchips20 befindet sich ungefähr 30 μm oberhalb des zweiten Kontaktbereichs23 . - Die erste Chip-Klebstoffschicht
11 schafft eine Verbindung und elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen dem ersten Halbleiterchip10 und dem Die-Pad3 . Ebenso schafft die zweite Chip-Klebstoffschicht21 eine Verbindung und elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen dem zweiten Halbleiterchip20 und dem Die-Pad3 . Die erste Chip-Klebstoffschicht11 und die zweite Chip-Klebstoffschicht21 weisen ein Material auf, das Erwärmen benötigt, um seine Klebeeigenschaft zu aktivieren. - Die Stufe
17 des Die-Pads3 erschwert oder verhindert, dass die erste Chip-Klebstoffschicht11 auf den zweiten Halbleiterchip20 fließt. Ein Fließen der ersten Chip-Klebstoffschicht11 auf den zweiten Halbleiterchip20 kann zu elektrischen Kurzschlüssen im zweiten Halbleiterchip20 führen oder bewirken, dass der zweite Halbleiterchip20 gekippt wird, was nicht erwünscht ist. Der erste Kontaktbereich13 und der zweite Kontaktbereich23 des Die-Pads3 sind für die Platzierung des ersten Halbleiterchips10 und des zweiten Halbleiterchips20 reserviert. - Der erste Halbleiterchips
10 und der zweite Halbleiterchip20 weisen elektronische Schaltungen und die mit den elektronischen Schaltungen verbundenen Kontakt-Pads auf. Die elektronischen Schaltungen und die Kontakt-Pads sind in der Figur nicht gezeigt. Der erste Halbleiterchip10 und der zweite Halbleiterchip20 weisen unterschiedliche elektronischen Schaltungen und unterschiedliche Abmessungen auf. In einem späteren Schritt werden Leitungsdrähte zwischen den Kontakt-Pads und den Drahtanschlusspads1 bereitgestellt. - Die Drahtanschlusspads
1 und das Die-Pad3 sind Teil eines Metallstreifens beziehungsweise eines Lead-Frames, der nicht in der Figur gezeigt ist. Der Metallstreifen verhindert, dass sich die Drahtanschlusspads1 verschieben. Während des Vergießens der Baugruppe, werden die Drahtanschlusspads1 und das Die-Pad3 mit einer Vergussmasse bedeckt. Der Metallstreifen wird nach dem Vergießen der Baugruppe abgetrennt und von den Drahtanschlusspads1 entfernt. Danach können die Drahtanschlusspads1 an ein externes Substrat wie beispielsweise eine Leiterplatte angeschlossen werden. - Ein Verfahren zur Herstellung der Lead-Frame-Anordung
2 weist das Bereitstellen eines Lead-Frames auf. Dann wird eine erste Chip-Klebstoffschicht11 auf dem ersten Kontaktbereich13 des Lead-Frames aufgebracht. Danach wird ein erster Halbleiterchip10 über der ersten Chip-Klebstoffschicht11 platziert. Dann wird die Lead-Frame-Anordung2 für eine bestimmte Zeitdauer erwärmt. Dies klebt den ersten Halbleiterchip10 durch Aktivieren der ersten Chip-Klebstoffschicht11 an den ersten Kontaktbereich13 . - Anschließend wird eine zweite Chip-Klebstoffschicht
21 auf dem zweiter Kontaktbereich23 aufgebracht. Dann wird der zweite Halbleiterchip20 über der zweiten Chip-Klebstoffschicht21 platziert. Danach wird die Lead-Frame-Anordung2 für eine vorbestimmte Zeitdauer erwärmt, um die zweite Chip-Klebstoffschicht21 zu aktivieren. Dies bringt den zweiten Halbleiterchip20 an dem zweiten Kontaktbereich23 an. Das Erwärmen der Lead-Frame-Anordung2 , um den zweiten Halbleiterchip20 an den zweiten Kontaktbereich23 zu kleben, kann auch dazu führen, dass der erste Chip-Klebstoffschicht11 in einen geschmolzenden Zustand übergeht. Jedoch wird durch die Stufe17 verhindert, dass die erste Chip-Klebstoffschicht11 auf den zweiten Halbleiterchip20 fließt. - Die zweite Chip-Klebstoffschicht
21 , die auf dem zweiten Kontaktbereich23 aufgebracht wurde, hat während der Zeitdauer des zweiten Erwärmungsschritts die Form eines Klumpens und wird sich in den Bereich ausbreiten, der in der2 gezeigt ist. - Die erste Chip-Klebstoffschicht
11 , die sich nach dem ersten Erwärmungsschritt auf den Bereich ausbreitet, der in der2 gezeigt ist, wird sich auch während des zweiten Erwärmungsschritts weiter ausbreiten. Jedoch wird sie durch die Stufe17 gestoppt. - Nach dem Abkühlen der Lead-Frame-Anordung
2 , bedeckt die erste Chip-Klebstoffschicht11 den größten Teil des ersten Kontaktbereichs13 , wohingegen die zweite Chip-Klebstoffschicht21 nur unter dem zweiten Halbleiterchip20 angeordnet ist. -
3 zeigt eine Draufsicht einer weiteren vereinfachten Lead-Frame-Anordung2' gemäß einem erläuternden Beispiel. Die3 zeigt Merkmale, die zu denjenigen in1 gezeigten Merkmalen ähnlich sind. Ähnliche Merkmale sind mit denselben Bezugszeichen versehen. - Die
3 zeigt einen weiteren Die-Pad3' . Das Die-Pad3' weist einen ersten Kontaktbereich13' und einen zweiten Kontaktbereich23' auf. Eine Rille30 ist zwischen dem ersten Kontaktbereichs13' und dem zweiten Kontaktbereich23' vorgesehen. Ein erster Halbleiterchip10 ist über dem ersten erster Kontaktbereich13' platziert. Ein zweiter Halbleiterchip20 ist über dem zweiten Kontaktbereich23' platziert. - Die Rille
30 hat eine Länge l. Die Länge l ist länger als die Länge lc1 des ersten Halbleiterchips10 oder die Länge Ic2 des zweiten Halbleiterchips20 . -
4 zeigt eine Schnittansicht der Lead-Frame-Anordung2' im Schnitt entlang der Linie Y-Y. Der erste Kontaktbereich13' und der zweite Kontaktbereich23' sind ungefähr auf demselben Niveau. - Die untere Fläche
15 des ersten Halbleiterchips10 befindet sich ungefähr 30 μm oberhalb des ersten Kontaktbereichs13' . Ebenso befindet sich die untere Fläche25 des zweiten Halbleiterchips20 ungefähr 30 μm oberhalb des zweiten Kontaktbereichs23' . - Die Rille
30 hat eine Tiefe h von ungefähr 100 μm und eine Breite w von ungefähr 100 μm. Die Bodenfläche31 der Rille30 ist flach. Die Rille30 weist eine abwärts gerichtete Stufe35 und eine aufwärts gerichtete Stufe34 auf. Die abwärts gerichtete Stufe35 weist eine Stufenfläche beziehungsweise Bodenfläche31 auf, und die aufwärts gerichtete Stufe34 weist eine Stufenfläche33 auf. - Ein Verfahren zur Herstellung der Lead-Frame-Anordung
2' ist ähnlich zu dem Verfahren zur Herstellung der Lead-Frame-Anordung2 . - Während der Herstelung der Lead-Frame-Anordung
2' wird die Lead-Frame-Anordung2' erwärmt, um den ersten Halbleiterchip10 an den ersten Kontaktbereich13' zu kleben. In einem späteren Schritt wird die Lead-Frame-Anordung2' wieder erwärmt, um den zweiten Halbleiterchip20 an den zweiten Kontaktbereich23' zu kleben. Jedoch wird durch die Rille30 verhindert, dass die erste Chip-Klebstoffschicht11 auf den zweiten Kontaktbereich23' fließt. Ebenso wird durch die Rille30 verhindert, dass die zweite Chip-Klebstoffschicht21 auf den ersten Kontaktbereich13' fließt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drahtanschlusspad
- 2
- Lead-Frame-Anordung
- 2'
- Lead-Frame-Anordung
- 3
- Die-Pad
- 3'
- Die-Pad
- 10
- erster Halbleiterchip
- 11
- erste Chip-Klebstoffschicht
- 13
- erster Kontaktbereich
- 13'
- erster Kontaktbereich
- 14
- Stufenhöhe
- 15
- untere Fläche
- 16
- Stufenfläche
- 17
- Stufe
- 20
- zweiter Halbleiterchip
- 21
- zweite Chip-Klebstoffschicht
- 23
- zweiter Kontaktbereich
- 23'
- zweiter Kontaktbereich
- 25
- untere Fläche
- 30
- Rille
- 31
- Bodenfläche
- 32
- Stufenhöhe
- 33
- Stufenfläche
- 34
- Stufe
- 35
- Stufe
Claims (5)
- Halbleiter-Baugruppe, die eine Lead-Frame-Anordnung (
2 ) mit mindesten einem Die-Pad (3 ) zur Aufnahme von zwei oder mehr Halbleiterchips (10 ,20 ) aufweist, wobei das Die-Pad (3 ) aufweist: – einen ersten Kontaktbereich (13 ) zur Aufnahme eines ersten Halbleiterchips (10 ), – einen zweiten Kontaktbereich (23 ) zur Aufnahme eines zweiten Halbleiterchips (20 ), und – eine einzelne Stufe (17 ), die zwischen dem ersten Kontaktbereich (13 ) und dem zweiten Kontaktbereich (23 ) vorgesehen ist, wobei die Halbleiter-Baugruppe weiterhin einen ersten Halbleiterchip (10 ) auf dem ersten Kontaktbereich (13 ) und einen zweiten Halbleiterchip (20 ) auf dem zweiten Kontaktbereich (23 ) aufweist, wobei eine Höhe (h) der Stufe (17 ) größer ist als die Hälfte der Dicke des Halbleiterchips (10 ,20 ) und wobei die Länge (l) der Stufe (17 ) länger als die Länge (Ic1; Ic2) des ersten und des zweiten Halbleiterchips (10 ,20 ) ist. - Halbleiter-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lead-Frame-Anordung (
2 ) weiterhin aufweist: – eine erste Chip-Klebstoffschicht (11 ), die den ersten Halbleiterchip (10 ) mit dem ersten Kontaktbereich (13 ) verbindet, und – eine zweite Chip-Klebstoffschicht (21 ), die den zweiten Halbleiterchip (20 ) mit dem zweiten Kontaktbereich (23 ) verbindet. - Halbleiter-Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip-Klebstoff (
11 ,21 ) ein wärmeaktiviertes Material aufweist. - Halbleiter-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe (
17 ) einen Bereich aufweist (14 ), der vertikal ist. - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Baugruppe mit einer Lead-Frame-Anordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Vorsehen eines Lead-Frames mit einem Die-Pad (
3 ), das einen ersten Kontaktbereich (13 ) und einen zweiten Kontaktbereich (23 ) aufweist, – Vorsehen einer ersten Chip-Klebstoffschicht (11 ) auf dem ersten Kontaktbereich (13 ), – Vorsehen eines ersten Halbleiterchips (10 ) auf dem ersten Kontaktbereich (13 ), – Vorsehen einer zweiten Chip-Klebstoffschicht (21 ) auf dem zweiten Kontaktbereich (23 ), und – Vorsehen eines zweiten Halbleiterchips (20 ) auf dem zweiten Kontaktbereich (23 ), wobei ein erster Erwärmungsschritt zum Erwärmen der Lead-Frame-Anordnung (2 ) für eine Zeitdauer nach dem Schritt des Vorsehens eines ersten Halbleiterchips auf dem ersten Kontaktbereich (13 ) vorgesehen ist, und ein zweiter Erwärmungsschritt zum Erwärmen der Lead-Frame-Anordnung (2 ) für eine Zeitdauer nach dem Schritt des Vorsehens eines zweiten Halbleiterchips (20 ) auf dem zweiten Kontaktbereich (23 ) vorgesehen ist, wobei die erste Chip-Klebstoffschicht (11 ) mechanisch daran gehindert wird, während des zweiten Erwärmungsschritts auf den zweiten Kontaktbereich (23 ) zu fließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des mechanischen Verhinderns des Fließens durch Vorsehen der Halbleiter-Baugruppe mit einer Lead-Frame-Anordung (2 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchgeführt wird.
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