DE19747105B4 - Bauelement mit gestapelten Halbleiterchips - Google Patents

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Abstract

Bauelement mit gestapelten Halbleiterchips mit:
einer Mehrzahl von Leitungen (3), die jeweils aus einer inneren Leitung (1) und einer sich von dieser aus erstreckenden äußeren Leitung (2) gebildet sind;
– einem unter den inneren Leitungen (1) liegenden ersten Halbleiterchip (5) mit einer Mehrzahl von ersten, mittig angeordneten Anschlußflächen (4);
– einem über den inneren Leitungen (1) liegenden zweiten Halbleiterchip (7) mit einer Mehrzahl von zweiten, seitlich angeordneten Anschlußflächen (6);
– beidseitig klebenden isolierenden Elementen (8), die zwischen den inneren Leitungen (1) und dem ersten Halbleiterchip (5), sowie zwischen den inneren Leitungen (1) und dem zweiten Halbleiterchip (7) angeordnet sind;
– einer Mehrzahl von Drähten (9) zur jeweiligen elektrischen Verbindung einer der Anschlußflächen (4, 6) mit einer der inneren Leitungen (1); und
– einem gegossenen Körper (10), der außer den äußeren Leitungen (2) alle übrigen Bestandteile des Bauelements umschließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit gestapelten Halbleiterchips, insbesondere ein Bauelement einer LOC(Lead On Chip)-Struktur, die zur Stapelung der Halbleiterchips in dem Bauelement auf geeignete Weise modifiziert wird.
  • Die bei der Herstellung von LOC-Bauelementen angewandte Technik garantiert einen hohen Integrationsgrad. Dabei weist das LOC-Bauelement im allgemeinen ein zu einem mittleren Bereich der oberen Oberfläche eines Chips geführtes inneres Ende eines IC-Trägers auf, das durch Drahtbondung mit einer Anschlußfläche verbunden ist, die einen externen Anschluß des Chips auf seinem mittleren Bereich darstellt. Verglichen mit früheren Bauelementen, etwa einem DIP(Dual Inline Package)-Bauelement, bei dem die IC-Träger entlang der Seiten des Chips angeordnet sind, bietet das LOC-Bauelement den Vorteil, daß die Breite des in einem eine bestimmte Breite aufweisenden Gießkörper unterzubringenden Chips vergrößert werden kann.
  • 1 zeigt ein in der US 5 068 712 offenbartes LOC-Bauelement im Querschnitt, wie es allgemein bekannt ist. Bei der Herstellung des darin beschriebenen LOC-Bauelements wird zuerst ein Halbleiterchip 5 mit mittigen Anschlußflächen 4 im zentralen Bereich des Bauelements und einer Isolationsschicht auf seiner oberen Oberfläche mittels beidseitig klebender und isolierender Streifen 8a jeweils an einer inneren Leitung 1a einer Zuleitung 3a befestigt. Anschließend erfolgt eine Drahtbondung, bei der die inneren Leitungen 1a eines IC-Trägers und die mittigen Anschlußflächen 4 jeweils über einen Draht 9 verbunden werden. Der Draht 9 ist dabei als sehr feine metallische Leitung ausgebildet. Am Ende des Herstellungsvorgangs des Bauelements wird mittels eines Gießharzes das Gehäuse geformt.
  • Das oben beschriebene bereits bekannte LOC-Bauelement weist jedoch den Nachteil auf, daß die Kapazität des Halbleiterchip-Bauelements nicht erhöht werden kann, da lediglich ein Chip in dem Gießkörper 10 enthalten ist. Folglich müssen zur Erhöhung der Integrationskapazität von Halblei terchip-Bauelementen viele solcher Bauelemente auf einer Leiterplatte untergebracht werden, die dadurch relativ groß wird. Dies ist schon deshalb nicht wünschenswert, da elektrische Geräte immer leichter, dünner, kürzer und schmäler werden sollen.
  • Die JP 5-226 565 A beschreibt eine Halbleitereinrichtung mit einem unteren und einen oberen Halbleiterchip, die beide außen liegende Anschlußflächen aufweisen. Dabei erstrecken sich die inneren Abschnitte von Leitungen L-förmig zwischen den beiden Halbleiterchips hindurch, wobei sie durch Isolierschichten gegen die beiden Halbleiterchips isoliert sind. Im einzelnen verläuft jeder der inneren Leitungsabschnitte von der Längsseite der Halbleiterchips zu deren Mittelbereich hin und erstreckt sich dann zum Außenbereich, bis er nicht mehr vom oberen Halbleiterchip abgedeckt ist. Die freiliegenden Endabschnitte der inneren Leitungsabschnitte werden dann in üblicher Weise mit Bonddrähten mit Anschlußflächen verbunden. Es ergibt sich somit eine hohe Dichte von Bonddrähten in den Randendbereichen der Halbleiterbauteile.
  • Die JP 5-347 375 A zeigt ein weiteres Bauelement mit gestapelten Halbleiterchips, bei dem erste und zweite Halbleiterchips unterhalb und oberhalb eines Leitungsrahmens angeordnet sind. Die beiden Halbleiterchips sind mittels doppelseitigem Klebeband an dem Leitungsrahmen befestigt. Dabei weisen beide Halbleiterchips im seitlichen Randbereich angeordnete Anschlußflächen auf, die mit Hilfe von Bonddrähten mit entsprechenden Leitungen des Leitungsrahmens verbunden werden.
  • Auch hierbei liegen also sämtliche Bonddrähte für die unteren und oberen Chips im Außenbereich der Halbleiterchips, was wiederum zu einer relativ hohen Bonddrahtdichte führt.
  • Die US 5 471 369 zeigt eine Vielzahl von Bauelementen mit darin angeordneten Halbleiterchips, die sämtliche außen liegenden Anschlußflächen aufweisen. Die Halbleiterchips sind dabei entweder so angeordnet, daß sie mit ihren die Anschlußflächen tragenden Oberflächen einander gegenüberliegen oder voneinander abgewandt sind. Außerdem sind Beispiele gezeigt, bei de nen entweder beide die Anschlußflächen tragenden Flächen nach oben oder nach unten weisen.
  • Die JP 5-291 486 A beschreibt ein weiteres Bauelement, bei dem Halbleiterchips mittig angeordnete Anschlußflächen aufweisen. Die beiden Halbleiterchips liegen dabei einander mit den die Anschlußflächen aufweisenden Oberflächen gegenüber. Um die Anschlüsse nach außen zu führen sind innere Leitungsrahmen vorgesehen, die mittels Bonddrähten mit den Anschlußflächen verbunden sind. Mit ihren Enden sind die inneren Leitungsrahmen mit einem zweiten äußeren Leitungsrahmen verbunden, der nach dem Kapseln des Bauelements die äußeren Anschlüsse bildet. Um einen genügenden Abstand zwischen den beiden Halbleiterchips sicherzustellen, sind die inneren Leitungsrahmen entsprechend gestuft aufgebaut.
  • Die EP 0 461 639 A2 beschreibt eine ähnliche Anordnung, bei der zwei Halbleiterchips mit mittig angeordneten Anschlußflächen einander gegenüber liegen eingekapselt sind. Die Anschlußflächen sind dabei mit Bonddrähten mit inneren Leitungselementen verbunden, die auf Isolierschichten auf dem Halbleiterchip aufliegen. Um einen genügend Abstand zwischen den beiden Halbleiterchips sicherzustellen, werden entsprechend dicke Anschlußleitungen vorgesehen, die sandwichartig zwischen den beiden Halbleiterchips angeordnet werden.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Bauelement mit gestapelten Halbleiterchips bereitzustellen, das sich bei hoher Integrationskapazität einfach und zuverlässig herstellen lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch das Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Kombination von zwei Halbleiterchips, die ihre Anschlußflächen unterschiedlich angeordnet haben, nämlich einmal innen und einmal außen, läßt sich ein Halbleiterchip-Bauelement schaffen, das einfach herzustellen ist, und bei dem nur relativ kurze Bonddrähte benötigt werden, so daß beim Verkapseln der Halbleiterchips die Gefahr, daß einzelne Bonddrähte miteinander in Kontakt kommen, sehr gering ist. Dies hat zur Folge, daß sich das erfindungsgemäße Bauelement mit erhöhter Zuverlässigkeit herstellen läßt, was zu einer erhöhten Ausbeute bei der Produktion, insbesondere bei der heute üblichen Massenproduktion von Halbleiterbauelementen führt.
  • Bei einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede innere Leitung zwei Stufen und ein inneres Ende aufweist, wobei die eine Stufe im Bereich zwischen den beiden Halbleiterchip. und die andere außerhalb davon liegt, wobei einer der Drähte eine der ersten Anschlußflächen des ersten Halbleiterchips mit einem Ende einer der inneren Leitungen und ein anderer der Drähte eine der zweiten Anschlußflächen des zweiten Halbleiterchips mit einem höchsten Stufenbereich einer anderen der inneren Leitungen verbinden, um so jede der ersten und zweiten Anschlußflächen des ersten beziehungsweise zweiten Halbleiterchips mit jeweils einer der inneren Leitungen elektrisch zu verbinden.
  • Diese stufenförmige Ausgestaltung der inneren Leitungen ermöglicht es auf einfache Weise die jeweiligen Anschlußflächen der entsprechenden inneren Leitungen nahe an den jeweiligen Anschlußflächen der entsprechenden Halbleiterchips heranzuführen, dass die Anschlußdrähte insgesamt und die Anschlußdrähte zu den seitlichen Anschlußflächen des oberen zweiten Halbleiterchips im besonderen kurzgehalten werden können, was für eine zuverlässige Montage von Vorteil ist.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt in Längsrichtung eines bereits bekannten LOC-Halbleiterchip-Bauelements; und
  • 2 einen Querschnitt in Längsrichtung eines Halbleiterchip-Bauelements gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt ein Halbleiterchip-Bauelement gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einer Mehrzahl von Leitungen 3, die jeweils aus einer inneren Leitung 1 mit gekrümmten Bereichen und einer sich aus dieser erstreckenden äußeren Leitung 2 gebildet sind. 2 zeigt ferner einen ersten Halbleiterchip 5, der eine Mehrzahl von mittigen Anschlußflächen 4 aufweist und unterhalb der inneren Leitungen 1 angeordnet ist. Oberhalb der inneren Leitungen 1 ist ein zweiter Halbleiterchip 7 angeordnet, der auf seiner oberen Oberfläche eine Mehrzahl von seitlich angeordneten Anschlußflächen 6 enthält. Zwischen den inneren Leitungen 1 und den ersten und zweiten Halbleiterchips 5, 7 befinden sich beidseitig klebende isolierende Elemente 8. Derartige Paare von Elementen 8 liegen an beiden Längsrändern der Halbleiterchips 5, 7. Eine Mehrzahl von Drähten 9 ist vorhanden, die jeweils eine der Anschlußflächen 4, 6 mit einem der inneren Leiter 1 elektrisch verbinden. Sämtliche genannten Bestandteile des Bauelements gemäß der Erfindung sind von einem Gießkör per umgeben, aus dem lediglich die äußeren Leitungen 2 herausragen. Wie in 2 gezeigt, bilden die gekrümmten Bereiche des inneren Leiters 1 zwei Stufen mit unterschiedlichen Höhen, wobei jeweils einer der Drähte 9 eine der mittigen Anschlußflächen 4 des ersten Halbleiterchips 5 mit einem der inneren Leiter 1 verbindet, was z. B. durch Bonden erfolgen kann. Ferner verbinden die Drähte 9 jeweils eine der seitlich ausgebildeten Anschlußflächen 6 des zweiten Halbleiterchips 7 mit einem der inneren Leiter 1 in seinem oberen Stufenbereich. Die jeweils zwischen den Halbleiterchips 5, 7 und dem inneren Leiter 1 angeordneten Elemente 8 weisen eine mittlere Schicht auf, die aus wärmebeständigem Harz, z.B. Polyamidharz gebildet ist, wobei sich an den beiden zu den Chips weisenden Seiten der mittleren Schicht jeweils eine Klebeschicht befindet.
  • Im folgenden werden die Verfahrensschritte zur Herstellung des oben genannten Bauelements mit gestapelten Halbleiterchips gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer erklärt.
  • Zuerst wird der Innenleiter 1 derart gebildet, daß er gekrümmte Bereiche mit zwei Stufen unterschiedlicher Höhe aufweist. An einer oberen und unteren Seite der zweiten bzw. mittleren Stufe des inneren Leiters 1 wird dann ein beidseitig klebendes isolierendes Element 8 befestigt. Die Herstellung des beidseitig klebenden isolierenden Elements 8 erfolgt dabei separat durch Bildung einer Polyamidharz-Schicht, auf deren Hauptflächen jeweils eine Klebeschicht aufgebracht wird. Nach dem Befestigen der beidseitig klebenden isolierenden Elemente auf der oberen und unteren Seite des zweiten Stufenbereichs des inneren Leiters 1 erfolgt ein Befestigen des ersten Halbleiterchips 5 mit seiner oberen Fläche an der unteren Fläche des beidseitig klebenden isolierenden Elements 8, das sich auf der unteren Seite des zweiten (mittleren) Stufenbereichs des inneren Leiters 1 befindet. Im oberen mittleren Bereich des ersten Halbleiterchips 5 und vorzugsweise parallel zu seinen Längsseiten befinden sich eine Mehrzahl von als elektrische Anschlüsse dienende mittige Anschlußflächen 4. Mit diesen ersten Anschlußflächen 4 auf dem ersten Halbleiterchip 5 werden die Enden einer Vielzahl der inneren Leitungen 1 verbondet. Im Anschluß daran wird der zweite obere Halbleiterchip 7 auf der freien Oberfläche des beidseitig klebenden isolierenden Elements 8, das sich auf der oberen Seite des zweiten Stufenbereichs der inneren Leitungen 1 befindet, befestigt. Parallel zu den Längsseiten und in Randbereichen des zweiten Halbleiterchips 7 befindet sich eine Mehrzahl von als elektrische Anschlüsse dienende Anschlußflächen 6. Diese zweiten Anschlußflächen 6 werden jeweils mit den äußersten höchsten Stufenbereichen der inneren Leitungen 1 elektrisch verbondet. Nach der o.g. aufeinanderfolgenden Befestigung der ersten und zweiten Halbleiterchips 5, 7 und den darauf folgenden ersten und zweiten Drahtbondungen werden die ersten und zweiten Halbleiterchips 5, 7, die inneren Leitungen 1, die Drähte 9 und die beidseitig klebenden isolierenden Elemente 8 mittels eines Gießharzes miteinander vergossen, wobei lediglich die äußeren Leitungen 2 frei bleiben. Nach dem Aushärten des Gießharzes wird ein Gießkörper 10 erhalten, in dem gestapelte Halbleiterchips enthalten sind, wobei die Integrationskapazität des Halbleiterchip-Bauelements vergrößert ist.
  • Da es, wie oben beschrieben, mit der Erfindung möglich ist, durch Modifikation eines Bauelements mit einer LOC-Struktur, Halbleiterchips in einem Bauelement zu stapeln, kann folglich die Integrationskapazität von Halbleiterchip-Bauelementen vergrößert werden. Mit Hilfe der Erfindung können somit verschiedenen elektrische Geräte kompakter und kleiner hergestellt werden, da der Montagebereich für die Halbleiterchip-Bauelemente auf einer Leiterplatte verkleinert werden kann.

Claims (4)

  1. Bauelement mit gestapelten Halbleiterchips mit: einer Mehrzahl von Leitungen (3), die jeweils aus einer inneren Leitung (1) und einer sich von dieser aus erstreckenden äußeren Leitung (2) gebildet sind; – einem unter den inneren Leitungen (1) liegenden ersten Halbleiterchip (5) mit einer Mehrzahl von ersten, mittig angeordneten Anschlußflächen (4); – einem über den inneren Leitungen (1) liegenden zweiten Halbleiterchip (7) mit einer Mehrzahl von zweiten, seitlich angeordneten Anschlußflächen (6); – beidseitig klebenden isolierenden Elementen (8), die zwischen den inneren Leitungen (1) und dem ersten Halbleiterchip (5), sowie zwischen den inneren Leitungen (1) und dem zweiten Halbleiterchip (7) angeordnet sind; – einer Mehrzahl von Drähten (9) zur jeweiligen elektrischen Verbindung einer der Anschlußflächen (4, 6) mit einer der inneren Leitungen (1); und – einem gegossenen Körper (10), der außer den äußeren Leitungen (2) alle übrigen Bestandteile des Bauelements umschließt.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem jede innere Leitung (1) zwei Stufen und ein inneres Ende aufweist, wobei die eine Stufe im Bereich zwischen den beiden Halbleiterchip (5, 7) und die andere außerhalb davon liegt.
  3. Bauelement nach Anspruch 2, bei dem einer der Drähte (9) eine der ersten Anschlußflächen (4) des ersten Halbleiterchips (5) mit einem Ende einer der inneren Leitungen (1) und ein anderer der Drähte (9) eine der zweiten Anschlußflächen (6) des zweiten Halbleiterchips (7) mit einem höchsten Stufenbereich einer anderen der inneren Leitungen (1) verbinden, um so jede der ersten und zweiten Anschlußflächen (4, 6) des ersten beziehungsweise zweiten Halbleiterchips (5, 7) mit jeweils einer der inneren Leitungen (1) elektrisch zu verbinden.
  4. Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das beidseitig klebende isolierende Element (8) aus einer aus Polyamidharz bestehenden mittleren Schicht gebildet ist, auf deren beiden Hauptflächen sich jeweils eine Klebeschicht befindet.
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