DE112007000832T5 - Dünne Plättchen und Metallsubstrate verwendende Halbleiterplättchengehäuse - Google Patents
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-
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-
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Abstract
Halbleiterplättchengehäuse,
aufweisend:
ein Metallsubstrat;
ein Halbleiterplättchen mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss, einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss, und mindestens einer Öffnung, wobei das Metallsubstrat an der zweiten Oberfläche angebracht ist; und
eine Mehrzahl von leitenden Strukturen auf dem Halbleiterplättchen, wobei die Mehrzahl von leitenden Strukturen mindestens eine erste auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens angeordnete leitende Struktur und mindestens eine zweite in der mindestens einen Öffnung angeordnete leitende Struktur aufweist,
wobei die mindestens eine zweite leitende Struktur in elektrischer Kommunikation mit dem zweiten Anschluss an der zweiten Oberfläche des Halbleiterplättchens steht.
ein Metallsubstrat;
ein Halbleiterplättchen mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss, einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss, und mindestens einer Öffnung, wobei das Metallsubstrat an der zweiten Oberfläche angebracht ist; und
eine Mehrzahl von leitenden Strukturen auf dem Halbleiterplättchen, wobei die Mehrzahl von leitenden Strukturen mindestens eine erste auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens angeordnete leitende Struktur und mindestens eine zweite in der mindestens einen Öffnung angeordnete leitende Struktur aufweist,
wobei die mindestens eine zweite leitende Struktur in elektrischer Kommunikation mit dem zweiten Anschluss an der zweiten Oberfläche des Halbleiterplättchens steht.
Description
- QUERBEZÜGE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
- Keine
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Da sich Leistungshalbleiterbauelemente entwickelt haben und der Durchlasswiderstand abgenommen hat, ist der Beitrag der Substratschicht in einem Halbleiterplättchen zu dem Gesamtwiderstand gewachsen. Ein Weg, um den Durchlasswiderstand in einem Leistungshalbleiterbauelement weiter zu reduzieren, ist es, ein dünneres Halbleiterplättchen zu verwenden. Dünne Halbleiterplättchen verteilen Hitze auch besser als dicke Halbleiterplättchen.
- Die US-Patentanmeldung Nr. 11/189,163, angemeldet am 25. Juli 2005, mit dem Titel „Semiconductor Structures Formed On Substrates And Methods of Manufacturing The Same", von Qi Wang et al. beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Halbleiterplättchens. Das beschriebene Verfahren umfasst ein Transferieren einer dünnen dotierten Substratschicht zu einem Transportwafer mit einer Zwischenoxidschicht. Die dünne Substratschicht (1–3 μm) kann durch Standardverfahren, einschließlich epi (epitaktische) Abscheidung prozessiert werden. Der Transportwafer wird tatsächlich durch ein dickes Metallsubstrat ersetzt, um den Beitrag eines normalen Halbleitersubstrates zu dem Widerstand im eingeschalteten Zustand von gebildeten Bauelementen zu eliminieren. Die resultierende Struktur kann dann in Chips segmentiert werden, die in herkömmliche Halbleiterplättchengehäuse aufgenommen werden können.
- Ausführungsformen der Erfindung liefern Halbleiterplättchengehäuse, die insbesondere zur Verwendung mit den oben beschriebenen Halbleiterplättchen geeignet sind. Ausführungsformen der Erfindung müssen jedoch nicht ausschließlich mit den oben beschriebenen Halbleiterplättchen verwendet werden. Wie unten in weiterem Detail beschrieben werden wird, können die Halbleiter plättchengehäuse gemäß Ausführungsformen der Erfindung einen niedrigeren Durchlasswiderstand und bessere Wärmeverteilungseigenschaften als herkömmliche Halbleiterplättchengehäuse zur Verfügung stellen.
- Ausführungsformen der Erfindung adressieren die obigen Probleme und andere Probleme individuell und gemeinsam.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Ausführungsformen der Erfindung richten sich auf Halbleiterplättchengehäuse und Verfahren zur Herstellung derselben.
- Eine Ausführungsform der Erfindung richtet sich auf ein Halbleiterplättchengehäuse. Das Halbleiterplättchengehäuse umfasst ein Metallsubstrat, und ein Halbleiterplättchen umfasst eine erste Oberfläche mit einem ersten Anschluss, eine zweite Oberfläche mit einem zweiten Anschluss und mindestens einer Öffnung. Das Metallsubstrat ist an der zweiten Oberfläche angebracht. Eine Mehrzahl von leitenden Strukturen befindet sich auf dem Halbleiterplättchen und schließt mindestens eine leitende Struktur ein, die in der mindestens einen Öffnung angeordnet ist. Andere leitende Strukturen können auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens angeordnet sein.
- Eine andere Ausführungsform der Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterplättchengehäuses. Das Verfahren umfasst ein Erhalten eines Halbleiterplättchens mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss und einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss. Das Metallsubstrat ist an der zweiten Oberfläche des Halbleiterplättchens angebracht und mindestens eine erste Öffnung ist in dem Halbleiterplättchen gebildet, wodurch ein Abschnitt einer Oberfläche des Metallsubstrates exponiert wird. Mindestens eine leitende Struktur ist in der mindestens einen Öffnung angebracht, wobei die mindestens eine leitende Struktur in elektrischer Verbindung mit dem Metallsubstrat steht.
- Andere Ausführungsformen der Erfindung richten sich auf elektrische Anordnungen, die die Halbleiterplättchengehäuse gemäß Ausführungsformen der Erfindung aufweisen, sowie auf Verfahren zur Herstellung solcher elektrischer Anordnungen.
- Diese und andere Ausführungsformen der Erfindung werden unten in weiterem Detail beschrieben.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1(a) –1(c) zeigen Querschnitte eines Halbleiterplättchengehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wenn es hergestellt wird.1(c) zeigt insbesondere eine spezielle Ausführungsform eines Halbleiterplättchengehäuses, welche Lötstummel aufweist. -
1(d) zeigt das Gehäuse nach1(c) angebracht auf einer gedruckten Schaltungsplatte. -
2 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines weiteren Halbleiterplättchengehäuses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer verstärkenden mechanischen Schicht. -
3 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines weiteren Halbleiterplättchengehäuses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer plattierten Metallschichten. -
4 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines weiteren Halbleiterplättchengehäuses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung einschließlich zweier Halbleiterplättchen. Das Halbleiterplättchengehäuse kann in einer synchronen Abwärtswandlerschaltung verwendet werden. -
5 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines weiteren Halbleiterplättchengehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel schließt das Gehäuse erste und zweite Metallschichten ein, jeweils mit Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen eines Bauelementes in einem Halbleiterplättchen verbunden. Die ersten und zweiten Metallschichten überlappen. -
6 zeigt eine Aufsicht des in5 dargestellten Halbleiterplättchengehäuses. -
7 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Halbleiterplättchengehäuses. Die Ausführungsform des Halbleiterplättchengehäuses weist ein Metallsubstrat auf, welches als ein gemeinsamer Ausgang für zwei Halbleiterplättchen dient, die an dem Metallsubstrat angebracht sind. Die beiden Halbleiterplättchen können oder können auch nicht vom selben Typ sein. Sie können verschiedene Leistungseigenschaften aufweisen, wobei ihre Kombination den am meisten gewünschten Effekt zur Verfügung stellen würde. - Diese und andere Ausführungsformen der Erfindung sind in weiterem Detail unten mit Bezug auf die detaillierte Beschreibung beschrieben. Auch sind zur Verdeutlichung der Darstellung einige Eigenschaften in den Figuren möglicherweise nicht maßstabsgetreu.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Ausführungsformen der Erfindung sind auf Halbleiterplättchengehäuse und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterplättchengehäusen gerichtet. In einer Ausführungsform weist ein Halbleiterplättchengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Metallsubstrat auf, und ein Halbleiterplättchen schließt eine erste Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss, eine zweite Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss und mindestens eine Öffnung ein. Die ersten und zweiten Anschlüsse können Eingangs-(z. B. Source oder Gate) oder Ausgangs(beispielsweise Drain)-Anschlüsse sein. Das Metallsubstrat ist an der zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrates angebracht. Auf dem Halbleiterplättchen befinden sich leitende Strukturen, einschließlich erster und zweiter leitender Strukturen. Mindestens eine erste leitende Struktur ist in der mindestens einen Öffnung in dem Halbleiterplättchen angeordnet. Mindestens eine zweite leitende Struktur ist auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens angeordnet. Die ersten und zweiten leitenden Strukturen können die gleichen oder verschiedene Typen von leitenden Materialien aufweisen.
- Einige Ausführungsformen der Erfindung können mit Bezug auf die
1(a) –1(c) beschrieben werden. In diesen Ausführungsformen wird ein fertiggestelltes, ultra-dünnes Wafer-Bauelement (UTW) gemäß dem in der US-Patentanmeldung Nr. 11/189,163 beschriebenen Verfahren hergestellt, welche hier durch Inbezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen wird. An einem angemessenen Zeitpunkt in dem Prozessfluss tritt eine zusätzliche Verarbeitung von der Oberseite eines Halbleiterplättchen auf, um einen Abschnitt des Halbleiterplättchens zu entfernen, welcher über einem relativ dicken Metallsubstrat liegt, welches unterhalb des Halbleiterplättchens liegt und an diesem angebracht ist. (Das Halbleiterplättchen ist typischerweise in einem Halbleiterwafer mit anderen Halbleiterplättchen in einer Reihe vorhanden. Als ein Ergebnis werden eine oder mehrere Öffnungen in dem Halbleiterplättchen gebildet. Nach der Verarbeitung kann die Oberfläche des Metallsubstrates durch die Öffnungen exponiert werden. - Nach Bilden einer oder mehrerer Öffnungen in dem Halbleiterplättchen werden Lötmittelhöcker oder andere leitende Strukturen (beispielsweise Kupferstümpe) auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens und innerhalb der einen oder der mehreren Öffnungen abgeschieden. Dies liefert eine oberseitige Verbindung zu dem rückseitigen Metallsubstrat, wie in
1(c) dargestellt. - Das resultierende Gehäuse ist ein vervollständigtes Leistungshalbleiterplättchengehäuse und kann eine Konfiguration aufweisen, die ähnlich zu einem Halbleiterplättchengehäuse vom MOSFET BGA-Typ ist (siehe beispielsweise
US-Patent Nr. 6,133,634 ). Anders als bei einem herkömmlichen MOSFET BGA-Typ Halbleitergehäuse ist das Metallsubstrat in der Ausführungsform der Erfindung während der Verarbeitung des Wafers, welcher das Halbleiterplättchen enthält, an dem Halbleiterplättchen angebracht. Dies reduziert die Kosten mit der Handhabung individueller Halbleiterplättchen und ihrer Verpackung. Darüber hinaus wird der Widerstand des Halbleitersubstrates eliminiert, so dass die Leistungsfähigkeit verbessert wird und das gebildete Gehäuse ist auch kleiner als ein herkömmliches Halbleitergehäuse vom MOSFET BGA-Typ. Weitere Details werden unten mit Bezug auf die1(a) –1(c) zur Verfügung gestellt. -
1(a) zeigt eine Zwischenstruktur700 mit einem Halbleiterplättchen107 . Die Zwischenstruktur700 kann durch den Prozess gebildet werden, welche in der US-Patentanmeldung Nr. 11/189,163 beschrieben ist, welche hier durch Inbezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen wird. Eine Zwischenstruktur700 ist zur Klarheit der Darstellung dargestellt. Es ist klar, dass die in der1(a) dargestellte Zwischenstruktur700 eine von vielen Zwischenstrukturen in einer Reihe von Halbleiterplättchen in einem einzelnen Halbleiterwafer sein kann, der verarbeitet wird. - Das Halbleiterplättchen
107 weist eine erste Oberfläche107(a) und eine zweite Oberfläche107(b) auf. Die zweite Oberfläche107(b) des Halbleiterplättchens107 ist an einem Metallsubstrat118 angebracht. Das Metallsubstrat118 kann zuvor an das Halbleiterplättchen107 laminiert worden sein. Alternativ kann das Metallsubstrat auf das Halbleiterplättchen durch irgendeinen anderen Prozess abgeschieden worden sein (beispielsweise durch Dampfabscheidung, Elektroplattieren oder thermisches Bonden bei niedriger Temperatur). - Auf der ersten Oberfläche
107(a) des Halbleiterplättchens107 befindet sich eine Metallschicht116 . Die Metallschicht116 kann jedes geeignete Material aufweisen. Beispielsweise kann die Metallschicht116 ein lötbares Metallmaterial, wie etwa eine als Höckerunterlage dienende metallurgische Kombination (englisch = underbump metallurgy combination) aufweisen. Eine als Hockerunterlage dienende metallurgische Kombination ist ein Stapel aus Metall, welcher in einem Lötkugelprozess verwendet wird. Der Stapel kann mindestens zwei der folgenden Schichten aufweisen: Adhäsionsschicht, Diffusionsbarriere, Befeuchtungsschicht, Oxidationsschutz. Die Metallschicht116 kann auch jede geeignete Dicke aufweisen. Die Metallschicht116 kann unter Verwendung von jedem geeigneten Prozess einschließlich Dampfabscheidung, Elektroplattieren usw. gebildet werden. - Das Halbleiterplättchen
107 kann jede geeignete Dicke aufweisen. Beispielsweise kann das Halbleiterplättchen107 eine Dicke aufweisen, die geringer ist, als etwa 50 μm und vorzugsweise kleiner ist als etwa 30 μm (beispielsweise 10 bis 30 μm dick) in einigen Ausführungsformen der Erfindung. Wie oben erklärt, erreichen dünnere Halbleiterplättchen niedrigere Durchlasswiderstandseigenschaften sowie bessere thermische Abscheidleitungseigenschaften. - Die erste Oberfläche
107(a) des Halbleiterplättchens107 kann mit einem ersten elektrischen Anschluss übereinstimmen, und die zweite Oberfläche107(b) des Halbleiterplättchens107 kann mit einem zweiten elektrischen Anschluss übereinstimmen. Der erste elektrische Anschluss kann ein Eingangsanschluss sein, während der zweite elektrische Anschluss ein Ausgangsanschluss sein kann. Beispielsweise kann der erste elektrische Anschluss an der ersten Oberfläche107(a) ein Source-Anschluss S oder Gate-Anschluss G in einem Leistungs-MOSFET sein, während der zweite Anschluss ein Drain-Anschluss D in dem Leistungs-MOSFET an der zweiten Oberfläche107(b) sein kann. Es können sich zusätzliche Anschlüsse an der ersten bzw. zweiten Oberfläche107(a) ,107(b) zusätzlich zu den ersten und zweiten Anschlüssen befinden. - In
1(a) ist eine Gate-Struktur702 in dem Halbleiterplättchen107 dargestellt. Die Gate-Struktur702 kann in der Form eines geführten Grabens vorliegen, und der Graben kann mit einem leitenden Material, wie etwa einem dotierten Polysilizium oder einem Metall gefüllt sein, und kann einen entsprechenden Gate-Anschluss G aufweisen, der mit der ersten Oberfläche107(a) des Halbleiterplättchens107 übereinstimmt. - Die ersten und zweiten Anschlüsse können auch Anschlüsse in einem funktionierenden Halbleiterbauelement bilden. Geeignete Halbleiterbauelement schließen vertikale Bauelemente einschließlich Leistungs-MOSFETs, IGBTs, bipolare Leistungstransistoren usw. ein. Andere Bauelemente einschließlich Leistungs-RF LDMOS-Bauelementen, MMIC und anderen IC-Bauelementen (die von niedriger Masse-Schleife-Induktivität und Widerstand abhängen) können von diesem Gehäusekonzept profitieren, indem Zwischenverbindungen zur Verfügung gestellt werden, die direkt zu einer Masseebene verbinden. Insbesondere RF LDMOS-Bauelemente verwenden für diesen Zweck Zwischenverbindungen zwischen Source und Substrat. Solche Zwischenverbindungen können durch direkte Verbindungen mit der Masse ersetzt werden, um somit die Leistungsfähigkeit dieser Klasse von Bauelementen in RF-Leistungsübertragungsanwendungen zu verbessern.
- Das Metallsubstrat
118 kann jede geeignete Eigenschaft aufweisen und kann jede geeignete Konfiguration aufweisen. Beispielsweise kann das Metallsubstrat118 ein Metall aufweisen, wie etwa Kupfer, Aluminium, Edelmetalle und Legierungen derselben. Das Metallsubstrat118 ist vorzugsweise dick relativ zu dem Halbleiterplättchen107 . Beispielsweise kann die Dicke des Metallsubstrates118 größer als etwa 5 μm sein, und ist vorzugsweise größer als etwa 100 μm dick, (beispielsweise 100–200 μm) in einigen Ausführungsformen. Wie durch diese Beispiele illustriert, ist das Metallsubstrat vorzugsweise dicker als das Halbleiterplättchen107 . - Wie in
1(b) dargestellt, wird nach dem Erhalten der Zwischenstruktur700 gemäß1(a) das Halbleiterplättchen107 geätzt, um Öffnungen904 an vorbestimmten Orten zu bilden. Die Öffnungen904 können jede geeignet Abmessung oder Form aufweisen und können unter Verwendung von jedem bekannten Materialentfernungsprozess, einschließlich Ätzen (nass oder trocken), Schleifen usw. gebildet werden. Nach Bilden der Öffnungen904 in dem Halbleiterplättchen107 ist mindestens ein Abschnitt einer Oberfläche des Metallsubstrates118 durch die Öffnungen904 exponiert. Jede geeignete Anzahl von Öffnungen904 können in dem Halbleiterplättchen107 gebildet werden. - Wie in
1(c) dargestellt ist, werden leitende Strukturen900 auf dem Metallsubstrat118 und dem Halbleiterplättchen107 abgeschieden. Die leitenden Strukturen900 schließen mindestens eine erste leitende Struktur900(a) und mindestens eine zweite leitende Struktur900(b) ein. - Die leitenden Strukturen
900 können jedes geeignete Material aufweisen und können in jeder geeigneten Form vorliegen (beispielsweise als Spalten, Kugeln und Strukturen mit flachen und/oder gerundeten Oberflächen). Geeignete Materialien schließen Lötmittel (bleibasiert oder bleifrei) und leitende Metalle, wie etwa Kupfer ein. Wenn die leitenden Strukturen900 Lötmittel aufweisen, dann können im Stand der Technik bekannte Reflow-Lötprozesse verwendet werden. - Die leitende Strukturen
900 können auch unter Verwendung von jedem geeigneten Prozess hergestellt werden. Beispielsweise können Siebdruck- Prozesse, Dampfabscheidungsprozesse, Elektroplattierprozesse, Aufnehm- und Absetzprozesse usw. verwendet werden, um die leitenden Strukturen900 zu bilden. - Wie in der
1(d) dargestellt ist, kann das in1(c) dargestellte Halbleiterplättchenpaket, sobald es gebildet worden ist, umgedreht und auf einer Schaltungsplatte990 angebracht werden, um eine elektrische Anordnung zu bilden. Die Schaltungsplatte990 schließt eine dielektrische Schicht991 und leitende Felder992(a) ,992(b) ein. Geeignete Schaltungsplatten sind im Stand der Technik bekannt und können jede Anzahl von leitenden Feldern, Linien und Schichten und jede Anzahl von dielektrischen Schichten aufweisen. - Die erste Oberfläche
107(a) des Halbleitersplättchens107 würde in Richtung auf die Schaltungsplatte990 zeigen, während die zweite Oberfläche107(b) von der Schaltungsplatte weg zeigen würde. In der elektrischen Anordnung könnten die ersten leitenden Strukturen900(a) als Eingangsverbindungen für ein Halbleiterbauelement (beispielsweise einen Leistungs-MOSFET) in dem Halbleiterplättchen107 dienen, während die zweiten leitenden Strukturen900(b) als Ausgangsverbindungen für das Halbleiterbauelement dienen könnten. Ein Eingangsstrom kann von dem leitenden Feld992(a) auf der Schaltungsplatte990 zu den ersten leitenden Strukturen900(a) und zu den Plättchen107 fließen. Ein Ausgangsstrom kann von der zweiten Oberfläche107(b) des Halbleiterplättchens107 zu dem Metallsubstrat118 , zu den zweiten leitenden Strukturen900(b) und zu den leitenden Feldern992(b) auf der Schaltungsplatte990 geleitet werden. Das Metallsubstrat118 und das dünnere Halbleiterplättchen107 stellen das resultierende Halbleiterplättchengehäuse mit niedrigerem Durchlasswiderstand und besseren thermischen Verteilungseigenschaften zur Verfügung. - In anderen Ausführungsformen muss das in
1(c) dargestellte Gehäuse nicht umgedreht und auf einer Schaltungsplatte angebracht werden. Beispielsweise könnte das Gehäuse so angebracht werden, dass das Metallsubstrat118 der Schaltungsplatte990 gegenüberliegt und an dieser angebracht ist. Die leitenden Strukturen900 auf der anderen Seite des Gehäuses könnten elektrisch mit leitenden Feldern auf der Schaltungsplatte gekoppelt werden, unter Verwendung von Leitungen, Leiterrahmen und anderen leitenden Körpern. -
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In1(c) und2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Die in2 dargestellte Konfiguration ist ähnlich zu der Konfiguration in1(c) . In2 ist jedoch das Metallsubstrat118 dünner (d. h. weniger als 10 μm dick, oder zwischen etwa 5–10 μm Dicke) als das Substrat118 , welches in1(c) dargestellt ist. Zusätzlich liegt eine zusätzliche mechanische Schicht119 auf dem Metallsubstrat118 . Die mechanische Schicht119 unterstützt das Halbleiterplättchen107 und das Metallsubstrat118 mechanisch. Der CTE (Koeffizient der thermischen Expansion) der mechanischen Schicht119 kann so gewählt werden, dass er im wesentlichen zu dem des Halbleiterplättchens107 passt. - Die mechanische Schicht
119 kann jede geeignete vorbestimmte thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann die mechanische Schicht ein isolierendes Material aufweisen, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist (beispielsweise Keramik). Es kann an der mechanischen Schicht119 auch eine Wärmesenke direkt angebracht werden, wenn gewünscht. - Das in
2 dargestellte Halbleiterplättchengehäuse weist eine Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise ist das Halbleiterplattchengehäuse steif und dünn, so dass die Gesamtdicke des Gehäuses reduziert werden kann. Da das Metallsubstrat118 eine reduzierte Dicke aufweist, können relativ zu der in1(c) dargestellten Ausführungsform auch die Kosten reduziert werden. -
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In den1(c) und3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Das in3 dargestellte Gehäuse kann an externe Anschlüsse mit Leitungs-Bond-Verbindungen, Clips oder mit Bandverbindern verbunden werden, oder es kann umgedreht und an eine Schaltungsplatte oder dergleichen angebracht werden. - In der in
3 dargestellten Ausführungsform liegt eine oberseitige Metall-(beispielsweise Aluminium)Schicht116 auf dem Halbleiterplättchen107 . Plattiertes Metall910 füllt die Öffnungen904 anstelle von Lötmittel wie in der Ausführungsform der1(c) . Lötbare Abdeckungen912(a) ,912(b) der oberen Oberfläche befinden sich in Kontakt mit und sind angeordnet über der oberseiti gen Metallschicht116 und dem plattierten Metall910 . Wenn es gewünscht ist, können die oberen lötbaren Oberflächenabdeckungen912(a) ,912(b) und/oder die oberseitige Metallschicht116 und das plattierte Metall910 auch unter Verwendung herkömmlicher Techniken (beispielsweise CMP oder chemisch-mechanischem Polieren) planarisiert werden, wenn gewünscht. Das plattierte Metall910 kann alternativ unter Verwendung von Abscheidungsprozessen, wie etwa CVD, PVD, usw., gebildet werden. Das plattierte Metall910 kann auch jedes geeignete Metall einschließlich Kupfer, Aluminium, Wolfram, Legierungen derselben usw. aufweisen. Zusätzlich, obwohl in der2 nur zwei plattierte Metalldurchgänge dargestellt sind, können Ausführungsformen der Erfindung mehrere Durchgänge aufweisen, wenn es gewünscht ist. - In der in
3 dargestellten Ausführungsform können elektrische Verbindungen zu dem Metallsubstrat118 durch Plattieren oder Abscheiden von Metall auf andere Weise innerhalb der Öffnungen904 gebildet werden. Wenn das Gehäuse auf einer Schaltungsplatte angebracht ist, könnte das plattierte Metall910 in Kombination mit Lötmittelhöcker oder Metallstümpfen verwendet werden, um das Gehäuse mit der Schaltungsplatte zu verbinden. -
4 zeigt ein weiteren Halbleiterplättchengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Halbleiterplättchengehäuse kann eine Ein-Gehäuselösung in eine synchronen Abwärtswandleranwendung zur Verfügung stellen. Synchrone Abwärtswandlersysteme sind in demUS-Patent 6,806,580 beschrieben, welches hier durch Inbezugnahme in seiner Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen wird. Das Halbleiterplättchengehäuse kann auch an eine warme Senke (nicht dargestellt) angebracht werden, wenn gewünscht. Das in4 dargestellte Gehäuse kann als eine „H-Brücken"-Konfiguration charakterisiert werden. - In der in
4 dargestellten Ausführungsform des Halbleiterplattchengehäuses befinden sich erste und zweite Halbleiterplättchen177(a) ,177(b) auf Metallsubstraten118(a) ,118(b) . Die ersten und zweiten Halbleiterplättchen177(a) ,177(b) können entsprechende erste Oberflächen177(a)-1 ,177(b)-1 und zweite Oberflächen177(a)-2 ,177(b)-2 aufweisen. Wie in den vorstehenden Ausführungsformen können Metallschichten116(a) ,116(b) auf den ersten Oberflä chen177(a)-1 ,177(b)-1 der ersten und zweiten Halbleiterplättchen177(a) ,177(b) angeordnet werden. Die Metallschichten116(a) ,116(b) können lötbare Metalle aufweisen. Eine einzelne mechanische Schicht119 kann beide Metallsubstrate118(a) ,118(b) unterstützen. - Das in
4 dargestellte Halbleiterplättchengehäuse schließt eine Vielzahl von leitenden Strukturen940 auf den ersten und zweiten Halbleiterplättchen177(a) ,177(b) ein. Die Mehrzahl von leitenden Strukturen940 schließt eine erste Mehrzahl von leitenden Strukturen940(a) und mindestens eine zweite leitende Struktur940(b) ein, eine Mehrzahl von dritten leitenden Strukturen940(c) und mindestens eine vierte leitende Struktur940(d) ein. Die ersten, zweiten, dritten und vierten leitenden Strukturen940(a) –(d) können jedes geeignete Material aufweisen und können unter Verwendung jedes geeigneten Prozesses gebildet werden. Beispielhafte Materialien und Prozesse sind oben beschrieben. - Das Halbleiterplättchengehäuse gemäß
4 enthält auch eine Anzahl von dielektrischen Schichten960(a) ,960(b) 960(c) . Die erste dielektrische Schicht960(a) kann Regionen, in denen die erste Mehrzahl von leitenden Strukturen940(a) liegt, von benachbarten Leitern isolieren. Die zweite dielektrische Schicht960(b) kann die zweite leitende Struktur940(b) von Drain-Strom isolieren, der in dem zweiten Halbleiterplättchen177(b) und dem zweiten Metallsubstrat118(b) fließt. Eine dritte dielektrische Schicht960(c) kann die dritten und vierten leitenden Strukturen940(c) ,940(d) voneinander und von anderen Leitern isolieren. - Die ersten, zweiten und dritten dielektrischen Schicht
960(a) ,960(b) ,960(c) können jedes geeignete dielektrische Material aufweisen, und können jede geeignete Dicke aufweisen und können unter Verwendung jedes geeigneten Prozesses (beispielsweise chemische Dampfabscheidung, Drehauftrag und -ausheilung, usw., zusammen mit geeigneten lithografischen Prozessen des Standes der Technik) gebildet werden. Beispielsweise können die dielektrischen Schichten960(a) ,960(b) ,960(c) ein isolierendes, strukturierbares, Polymermaterial, wie etwa Polyimid, aufweisen. - Sobald das in
4 dargestellte Halbleiterplättchengehäuse gebildet ist, kann es umgedreht und auf eine Schaltungsplatte oder dergleichen montiert werden, um eine elektrische Anordnung zu bilden. In der elektrischen Anordnung kann die erste Mehrzahl von leitenden Strukturen940(a) , als Source-Eingänge für Source-Anschlüsse an der ersten Oberfläche177(a)-1 des ersten Halbleiterplättchens177(a) (ein Gate-Eingang ist nicht dargestellt) dienen. Ein Drain-Strom von der zweiten Oberfläche177(a)-2 des ersten Halbleiterplättchens177(a) kann zu dem ersten Metallsubstrat118(a) , zu der zweiten leitenden Struktur940(b) und zu einem Feld (nicht dargestellt) auf der Schaltungsplatte fließen, welches die zweite leitende Struktur940(b) mit den dritten leitenden Strukturen940(c) verbindet. Der Strom fließt dann zu den Source-Anschlüssen an der ersten Oberfläche177(b)-1 des zweiten Halbleiterplättchens177(b) über die dritten leitenden Strukturen940(c) . Der Drain-Strom von dem zweiten Halbleiterplättchen177(b) fließt dann zu dem zweiten Metallsubstrat118(b) , zu der vierten leitenden Struktur940(d) und zu einem leitenden Ausgangsfeld (nicht dargestellt) auf der Schaltungsplatte. - Wenn die ersten und zweiten Halbleiterplättchen
177(a) ,177(b) Hoch- und Niederseiten-MOSFETs (typischerweise in einem synchronen Abwärtswandlerschaltkreis) aufweisen, kann die zweite leitenden Struktur940(b) als eine Verbindung zwischen der Drain in einem MOSFET zu der Source in dem anderen MOSFET dienen. (Die Gate-Verbindungen zu den ersten und zweiten Halbleiterplättchen177(a) ,177(b) sind in4 nicht dargestellt.) -
5 und6 zeigen ein weiteres Halbleiterplättchengehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Wie in den5 und6 dargestellt. Ist, kann die Größe (laterale Abmessungen) eines Halbleiterplättchengehäuses weiter reduziert werden, indem die Abmessung der oberen Metallverbindung zu der rückseitigen Metall-/mechanischen Schicht reduziert wird und die Anzahl der Verbindungen erhöht wird. „Durchgänge" (englisch = „Vias") werden an der rückseitigen Metall-/mechanischen Schicht erzeugt, wie in vorstehenden Ausführungsformen. Die Verbindung zu der Rückseite kann dann oberhalb einer oberen Metallschicht oberhalb einer isolierenden dielektrischen Schicht hergestellt werden, welche auf einem Halbleiterplättchen liegt. Dies reduziert die Größe des Halbleiterplättchengehäuses. Die Größe und Anzahl der Durchgänge kann auch geändert werden, um die Anforderungen an den elektrischen Strom zu erfüllen. Indem mehrere Verbindungen vorliegen, wird die Zuverlässigkeit der Verbindung zu dem Halbleiterplättchengehäuse erhöht. - Gemäß
5 wird, wie in vorstehenden Ausführungsformen, ein Halbleiterplättchen708 an ein Metallsubstrat706 angebracht. Eine Öffnung715 wird in dem Halbleiterplättchen708 wie zuvor beschrieben gebildet. Eine zweite Metallschicht718(a) wird über der ersten Metall718(b) auf dem Halbleiterplättchen708 gebildet und eine zweite lötbare Metallschicht704(a) wird auf der zweiten Metallschicht718(b) gebildet. Eine dielektrische Schicht710 wird auch auf dem Halbleiterplättchen708 und der ersten Metallschicht718(b) gebildet. Die dielektrische Schicht710 kann aus Polyimid oder dergleichen gebildet werden. Ein leitender Durchgang714 wird in der Öffnung715 gebildet und verbindet die zweite obere Metallschicht718(a) mit dem Metallsubstrat706 . Eine erste lötbare Metallschicht704(b) kann auch auf der ersten Metallschicht718(b) gebildet werden. - Wie in vorherigen Ausführungsformen befindet sich eine Mehrzahl von leitenden Strukturen
702 auf dem Halbleiterplättchen708 . Die Mehrzahl von leitenden Strukturen702 schließt eine erste Mehrzahl von leitenden Strukturen702(a) ein, elektrisch gekoppelt an das Metallsubstrat706 , und eine zweite Mehrzahl von leitenden Strukturen702(b) , elektrisch gekoppelt an die Oberseite des Halbleiterplättchens708 . Die erste Mehrzahl von leitenden Strukturen702(a) kann einen Drain-Ausgang für einen MOSFET in dem Halbleiterplättchen708 zur Verfügung stellen, während die zweite Mehrzahl von leitenden Strukturen702(b) , einen Source-Eingang für den MOSFET in dem Halbleiterplättchen702 zur Verfügung stellen kann. - Wie dargestellt, überlappt die erste Mehrzahl von leitenden Strukturen
702(a) , mit einem Abschnitt des Halbleiterplättchens708 , wodurch sich die lateralen Dimensionen des gebildeten Gehäuses reduzieren und eine größere Anzahl von Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüssen für das Halbleitergehäuse ermöglichen. -
6 zeigt eine Aufsicht des Halbleiterplättchengehäuses gemäß5 . Die Durchgänge714 sind dargestellt. Wie dargestellt, liegt die zweite lötbare Metallschicht704(a) über der ersten lötbaren Metallschicht704(b) . In6 würde, wie in5 , die erste Metallschicht718(a) , mit der mechanischen Metallschicht706 durch die Durchgänge714 verbunden werden. In6 sind die erste Metallschicht718(a) und die mechanische Metallschicht706 nicht dargestellt. - In bevorzugten Ausführungsformen könnte die Anwendung beliebiger lötbarer Schichten aufgeschoben werden, bis alle leitenden (Aluminium) Basisschichten an ihrer Stelle sind.
-
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In7 ist die Konfiguration ähnlich zu der Konfiguration gemäß1(c) , jedoch kann in7 ein rückseitiges Metallsubstrat504 als ein gemeinsamer Leiter für eine Zweifach-Plättchenanwendung mit gemeinsamer Drain verwendet werden. Wie dargestellt, sind zwei Halbleiterplättchen502(a) ,502(b) auf einem Metallsubstrat504 angebracht. Das Substrat504 kann einen gemeinsamen Ausgang(beispielsweise einen gemeinsamen Drain-)Anschluss für die Halbleiterbauelemente in den Halbleiterplättchen502(a) ,502(b) bilden. Die Halbleiterplättchen502(a) ,502(b) , würden wie zuvor beschrieben prozessiert und die leitenden Strukturen505 würden auf den Halbleiterplättchen502(a) ,502(b) wie zuvor beschrieben gebildet. Anstelle eines individuellen Schneidens der Plättchen, um die diese während eines Wafer-Schneideprozesses voneinander zu trennen, würde der Sägeprozess jedoch modifiziert werden, um zu Paaren von Plättchen zu führen, die durch die gemeinsame Metallschicht miteinander verbunden sind. In anderen Ausführungsformen kann der Schneidprozess stattdessen einen Schleifprozess verwenden. - Ausführungsformen der Erfindung können eine Anzahl von Vorteilen aufweisen. Als erstes sind die Halbleiterplättchengehäuse gemäß Ausführungsformen der Erfindung klein und können in Chipskalagehäusen (CSPs) verwendet werden. Da die Gehäuse unter Verwendung dünner Halbleiterplättchen gebildet werden können, weisen die Gehäuse als zweites einen niedrigen Durchlasswiderstand und geringe Induktivitätseigenschaften und gute thermische Ablei tungseigenschaften auf. Als drittes, da der Gehäuseformationsprozess auftritt, wenn die Plättchen in einem Halbleiterwafer vorliegen, werden die Kosten reduziert, da nicht jedes Plättchen individuell zum Packen manipuliert werden muss.
- Die obigen Beschreibung ist illustrativ und nicht restriktiv. Viele Variationen der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann nach Durchsicht der Offenbarung klar. Der Schutzbereich der Erfindung sollte daher nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung jedoch stattdessen mit Bezug auf die anhängigen Ansprüche zusammen mit ihrem vollen Schutzbereich oder ihren Äquivalenten bestimmt werden.
- Eines oder mehrere Eigenschaften jeder Ausführungsform kann mit einer oder mehrerer Eigenschaften jeder anderen Ausführungsform kombiniert werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist in
2 eine Kombination aus einer mechanischen Schicht und einem Metallsubstrat dargestellt. Diese Kombination kann in jeder der Ausführungsformen, die in den anderen Figuren dieser Anmeldung dargestellt sind, verwendet werden. - Eine Nennung „ein", „einer", „eine" oder "der/die/das" soll bedeuten „ein oder mehrere", wenn es nicht gegenteilig angezeigt ist. Zusätzlich werden Worte, wie „über", „unter" usw. verwendet, um Eigenschaften zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt sind und können sich oder können sich nicht auf absolute Positionen beziehen, wenn die Halbleiterplättchengehäuse gemäß Ausführungsformen der Erfindung hergestellt oder verwendet werden.
- Alle oben erwähnen Patente, Patentanmeldungen, Veröffentlichungen und Beschreibungen werden in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke durch Inbezugnahme hier mit aufgenommen. Nichts wird als Stand der Technik anerkannt.
- Zusammenfassung
- Es wird ein Halbleiterplättchengehäuse offenbart. Das Halbleiterplättchengehäuse umfasst ein Metallsubstrat, und das Halbleiterplättchen umfasst eine erste Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss, eine zweite Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss und mindestens eine Öffnung. Das Metallsubstrat ist an der zweiten Oberfläche angebracht. Eine Mehrzahl von leitenden Strukturen definiert sich auf dem Halbleiterplättchen und schließt mindestens eine leitende Struktur ein, die in der mindestens einen Öffnung angeordnet ist. Andere leitende Strukturen können auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchen angeordnet sein.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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Claims (21)
- Halbleiterplättchengehäuse, aufweisend: ein Metallsubstrat; ein Halbleiterplättchen mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss, einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss, und mindestens einer Öffnung, wobei das Metallsubstrat an der zweiten Oberfläche angebracht ist; und eine Mehrzahl von leitenden Strukturen auf dem Halbleiterplättchen, wobei die Mehrzahl von leitenden Strukturen mindestens eine erste auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens angeordnete leitende Struktur und mindestens eine zweite in der mindestens einen Öffnung angeordnete leitende Struktur aufweist, wobei die mindestens eine zweite leitende Struktur in elektrischer Kommunikation mit dem zweiten Anschluss an der zweiten Oberfläche des Halbleiterplättchens steht.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine an dem Metallsubstrat angebrachte mechanische Schicht, wobei das Metallsubstrat zwischen der mechanischen Schicht und dem Halbleitersubstrat liegt.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterplättchen einen Leistungstransistor aufweist, wobei der erste elektrische Anschluss ein Eingangsanschluss und der zweite elektrische Anschluss ein Ausgangsanschluss ist.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterplättchen eine Dicke von weniger als etwa 50 μm aufweist, und wobei das Metallsubstrat eine Dicke von mehr als etwa 50 μm aufweist.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, wobei die leitenden Strukturen Lötmittelhöcker sind.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, wobei die leitenden Strukturen plattierte Metallschichten sind.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 6, weiterhin Lötmittel auf den plattierten Metallschichten aufweisend.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterplättchen ein erstes Halbleiterplättchen ist, und wobei das Halbleiterplättchengehäuse ein zweites Halbleiterplättchen aufweist, wobei das zweite Halbleiterplättchen an dem Metallsubstrat angebracht ist.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, weiterhin eine erste Metallschicht auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens aufweisend, und eine die erste Metallschicht überlappende zweite Metallschicht, wobei die zweite Metallschicht und die erste Metallschicht voneinander elektrisch isoliert sind, und wobei die erste Metallschicht mit der mindestens einen zweiten leitenden Struktur elektrisch gekoppelt ist.
- Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterplättchen einen Leistungs-MOSFET aufweist, wobei der erste Anschluss ein Source-Anschluss in dem Leistungs-MOSFET ist, und der zweite Anschluss ein Drain-Anschluss in dem Leistungs-MOSFET ist, und wobei die erste Oberfläche des Halbleiterplättchens einen Gate-Anschluss aufweist.
- Elektrische Anordnung, aufweisend: das Halbleiterplättchengehäuse nach Anspruch 1; und eine Schaltungsplatte, wobei das Halbleiterplättchengehäuse an der Schaltungsplatte angebracht ist.
- Verfahren, aufweisend: Erhalten eines Halbleiterplättchens mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten elektrischen Anschluss, einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten elektrischen Anschluss, wobei das Metallsubstrat an der zwei ten Oberfläche des Halbleiterplättchens angebracht ist; Bilden mindestens einer Öffnung in dem Halbleiterplättchen, wodurch ein Abschnitt einer Oberfläche des Metallsubstrates exponiert wird; und Abscheiden mindestens einer leitenden Struktur in der mindestens einen Öffnung, wobei die mindestens eine leitende Struktur in elektrischer Kommunikation mit dem Metallsubstrat steht.
- Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin aufweisend: Anbringen einer mechanischen Schicht an dem Metallsubstrat, wobei das Metallsubstrat zwischen der mechanischen Schicht und dem Halbleitersubstrat nach dem Anbringen liegt.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Halbleiterplättchen einen Leistungstransistor aufweist, wobei der erste Anschluss ein Eingangsanschluss ist und der zweite Anschluss ein Ausgangsanschluss ist.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Halbleiterplättchen eine Dicke von weniger als etwa 50 μm aufweist, und wobei das Metallsubstrat eine Dicke von mehr als etwa 50 μm aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei die leitenden Strukturen Lötmittelhöcker sind.
- Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin aufweisend: Abscheiden mindestens einer leitenden Struktur auf der ersten Oberfläche des Halbleiterplättchens, wobei die mindestens eine leitende Struktur in elektrischer Kommunikation mit dem ersten Anschluss steht.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei Bilden mindestens einer Öffnung Ätzen des Halbleiterplättchens umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei Abscheiden mindestens einer leitenden Struktur Elektroplattieren umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach Abscheiden ein Halbleiterplättchengehäuse gebildet wird, und wobei das Verfahren aufweist: Anbringen des Halbleiterplättchengehäuses an eine Schaltungsplatte.
- Verfahren, aufweisend: Erhalten eines Halbleiterplättchens mit einer ersten Oberfläche mit einem Source-Anschluss, einer zweiten Oberfläche mit einem Drain-Anschluss, wobei das Metallsubstrat an der zweiten Oberfläche des Halbleiterplättchens angebracht ist, und wobei das Halbleiterplättchen eine Dicke von weniger als etwa 50 μm aufweist; Bilden mindestens einer Öffnung in dem Halbleiterplättchen, wobei ein Abschnitt einer Oberfläche des Metallsubstrates exponiert wird; und Abscheiden mindestens einer leitenden Struktur in der mindestens einen Öffnung, wobei die mindestens eine leitende Struktur in elektrischer Kommunikation mit dem Metallsubstrat steht.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20130313 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20131001 |