EP3535779A1 - Halbleitermodul mit einem ersten und einem zweiten verbindungselement zum verbinden eines halbleiterchips sowie herstellungsverfahren - Google Patents

Halbleitermodul mit einem ersten und einem zweiten verbindungselement zum verbinden eines halbleiterchips sowie herstellungsverfahren

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EP3535779A1
EP3535779A1 EP17822151.1A EP17822151A EP3535779A1 EP 3535779 A1 EP3535779 A1 EP 3535779A1 EP 17822151 A EP17822151 A EP 17822151A EP 3535779 A1 EP3535779 A1 EP 3535779A1
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EP
European Patent Office
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semiconductor chip
connecting element
semiconductor
semiconductor module
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17822151.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Zaiser
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3535779A1 publication Critical patent/EP3535779A1/de
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    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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Definitions

  • Semiconductor module having a first and a second connecting element for connecting a semiconductor chip and Her ⁇ approval procedure
  • the invention relates to a semiconductor module with a sub ⁇ strat, with a semiconductor chip which is rated as arrival on the substrate, and a first connecting member for electrically connecting the semiconductor chips to a conductor track and / or a further component of the semiconductor module, wherein the first connecting element at least partially flat against the semiconductor chip and the substrate and the conductor track and / or the further component.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor module.
  • semiconductor modules which can be for example part of an electronic or Leis ⁇ consumer electronics.
  • Such semiconductor modules comprise at least one semiconductor chip, which is arranged on a substrate.
  • This semiconductor chip is electrically connected to other components of the semiconductor module. Examples game, the semiconductor chip may be with one or more conductive traces disposed on the substrate, ver ⁇ prevented. Further, the semiconductor chip may be electrically connected to other components or semiconductor chips in the Halbleitermo ⁇ duls. Different methods for electrical contacting of the semiconductor chip are known from the prior art.
  • a frequently used form for contacting semiconductor chips are bonding wires. But here is the point of contact of the bonding wire on the semiconductor chip as a vulnerability be ⁇ known. This is due to the fact that the contact area is relatively small.
  • bond wires bring the disadvantage that electromagnetic interference can occur in ⁇ nerrenz the semiconductor module thus the electromagnetic compatibility (EMC) is not sufficiently guaranteed.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the temperature can be increased by the stress in bond ⁇ wire. This can cause a thermal expansion and thus a mechanical stress. This can then lead to damage.
  • the contacting of semiconductor chips with a band which can also be referred to as a ribbon, is known from the prior art. Since the individual bands have a larger cross-section than bonding wires, a smaller number of bands is needed for the realization of the same conductor cross-section compared to bonding wires.
  • the contacting of the bands on the surface of the semicon ⁇ terchips but requires a larger area. Thus, it is no longer possible, a better current carrying capacity to reali ⁇ Sieren. The irradiation of electromagnetic interference is still not excluded and it has been found that the semiconductor modules tend to oscillate in certain operating conditions.
  • the use of flexible plates for contacting semiconductor chips is known from the prior art.
  • the semiconductor chip is contacted over a large area by a prefabricated connecting element, which may be formed, for example, as a flexible plate.
  • a prefabricated connecting element which may be formed, for example, as a flexible plate.
  • the effective cross section of the connecting element is clotting ⁇ ger than with bond wires.
  • improvement of the effective cross section is possible only by increasing the layer thickness of the connecting element or the flexible plate.
  • the connecting member is thin and flexible keptstal ⁇ tet, then the elasticity and the extension of the Ver ⁇ binding member well and the connection member may be together to-deform elastically with the semiconductor chip, so that no permanent deformation of the connection element is caused.
  • the current carrying capacity of the connecting element is not sufficient because of the small layer thickness. It can also be the case that the temperature increase increases within the connecting element, so that the performance of the semiconductor chip can not be exploited.
  • a semiconductor module according to the invention comprises a substrate. Furthermore, the semiconductor module comprises a semiconductor chip, which is arranged on the substrate. In addition, the semiconductor module comprises a first connection element for electrically connecting the semiconductor chip to a conductor track and / or another component of the semiconductor module, wherein the first connection element at least partially rests flat against the semiconductor chip and the substrate and the conductor track and / or the further component. Finally, the semiconductor module comprises a second connecting element for electrically connecting the semiconductor chip to the conductor track and / or the further component, wherein the second connecting element is designed as a wire or as a band.
  • the semiconductor module can be used for example for a power ⁇ electronics.
  • the semiconductor module includes the substrate, which may be formed of an electrically insulating material.
  • the substrate is preferably composed of a made of ramik.
  • the semiconductor chip is arranged.
  • the semiconductor chip which can also be referred to as the, is in particular an unhoused semiconductor ⁇ component.
  • the semiconductor chip may be formed, for example, as a diode, as transistors or the like.
  • the semiconductor module can have traces wel ⁇ surface are arranged on the substrate or which are applied to the sub ⁇ strat.
  • the semiconductor module can have further components or electronic components.
  • the further components may be further semiconductor chips.
  • the semiconductor module comprises the first electrical connection element.
  • This first elekt ⁇ generic connecting element serves to connect the semiconductor chip to a conductor track and / or with a further component electrically.
  • the first dacasele ⁇ element is formed so that it lies flat in a region of the semiconductor chips and also at a portion of the substrate at ⁇ .
  • the first connecting member can gen surface investor to ei ⁇ nem region of the conductor track or of the other component.
  • the first connecting element may in particular be formed as a lami ⁇ -defined structure, or a flexible disk.
  • the semiconductor module to have a second connection element in addition to the first connection element .
  • This second connection element is used to elekt ⁇ step connecting the semiconductor chip to the conductor path and / or the further component.
  • the second connecting element is designed as a wire or as a band. It can also be provided that the second connecting element meh ⁇ rere wires and / or bands.
  • the second connecting element may be formed as a bonding wire.
  • the second connecting element may be formed as a band (ribbon). Ment by the second kausele- the current carrying capacity of the first kausele ⁇ ment is significantly improved.
  • the first connection element ⁇ serves in particular to provide a low-inductance commutation path, whereby the switching losses in the Semiconductor chip can be minimized.
  • the first connecting element brings the advantage of low electromagnetic interference during the switching operations with it.
  • the second connection element the current carrying capacity of the electrical connection between the semiconductor chip and the conductor track and / or the further component is increased.
  • the second connection element is on a
  • the first connecting member comprises an electrically insulating film and one on the foil placed on ⁇ metal layer.
  • the first Ver ⁇ connecting element can be provided using the so-called SiPLIT® method (SiPLIT - Siemens Planar Interconnect Technology).
  • SiPLIT® method SiPLIT - Siemens Planar Interconnect Technology
  • first of all the electrically insulating film can be applied to the semiconductor chip, the substrate as well as the conductor track and / or the further component in such a way that it bears against these components. Subsequently, the film can be structured accordingly. The metal layer can then be applied to this film.
  • the first connecting element is provided with ⁇ help of so-called Skin ® technology. In this case, the metal layer sintering process on a Fo- be applied.
  • known methods for producing the first connecting element can be used.
  • the first connecting element can be flexible.
  • the first connection element can be provided by applying a flexible, electrically conductive plate to the components of the semiconductor module to be connected.
  • the contact surface can be significantly increased in the electrical connection.
  • expansion can be reliably compensated depending on temperature fluctuations.
  • the second connecting element has a predetermined curvature at least in regions.
  • the wire or the band can be partially curved.
  • This configuration of the second connecting element can be achieved, that exhibits this ei ⁇ ne certain elasticity.
  • the semiconductor module has at least one insulation element, which is arranged between the semiconductor chip and the first connection element.
  • This insulation element is preferably made of a elekt ⁇ driven insulating material.
  • the insulating element may be arranged at the edge regions of the semiconductor chip. At the edge regions of the semiconductor chip are corresponding structures of the semiconductor chip, which are responsible for the blocking capability. By the insulating element can be prevented that the ⁇ se structures are electrically connected. Thus, a reliable edge insulation can be provided by means of the insulation element.
  • the semiconductor module has a bottom plate which is deposited on a semiconductor chip. facing side of the substrate is connected to the substrate.
  • the bottom plate may be formed of a metal.
  • the bottom plate may also be formed of a material comprising silicon carbide and / or aluminum. With the help of the bottom plate, the heat generated during operation of the Halbleitermo ⁇ module or the semiconductor chip can be reliably dissipated.
  • the semiconductor module has control circuits. Only the first connecting member for electrically Ver ⁇ bond can then be used in these control circuits. These control circuits usually have a lower current load. Thus, electromagnetic interference or interference are excluded or minimized.
  • the semiconductor module can be used in power electronics or other electronic components. It can also be provided that the power electronics or the electronic component comprises a plurality of semiconductor modules.
  • the semiconductor chip can be designed, in particular, as a transistor, for example as a MOSFET or as an IGBT.
  • the semiconductor chip can also be designed as a power semiconductor component.
  • An inventive method is used to produce a semiconductor module.
  • a substrate is provided.
  • a semiconductor chip is arranged on the substrate.
  • a first connecting member for elec- step connecting the semiconductor chip is provided with a conductor track and / or a further component of the semiconductor module of the ⁇ art, that the first connecting element has at ⁇ least partially flat against the semiconductor chip and the substrate and the conductor track and / or abuts another component.
  • a second connecting element for electrically connecting the semiconductor chip to the conductor track and / or the further component is provided, where ⁇ the second connecting element as a wire or as a band is trained.
  • the first connecting member is at least partially applied to the semiconducting ⁇ terchip and the substrate and to the conductor track and / or the further component and then the second connection element is at least partially applied to the first connecting element.
  • the first connecting element can be formed in comparison to known first connecting elements or flexible plates with a smaller layer thickness. This simplifies the manufacturing process.
  • the first connecting element as compared with known elements Ltd., a reliable connection between the first connection element and the semiconductor chip can be guaranteed even with different thermal expansion coefficients. Thus, overall, a robust and reliable connection can be provided.
  • a metal layer is provided for providing the first connecting element
  • the first dacarsele ⁇ ment may be formed as lamented structure or as a flexible plate ⁇ .
  • the first connection element may comprise the electrically insulating film on which the metal layer is applied.
  • the metal layer may be made of copper, aluminum, gold or the like, for example.
  • the first connection element can be produced in a simple and reliable manner.
  • FIG. 2 shows a semiconductor module according to the prior art in a further embodiment
  • FIG. 3 shows a semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
  • the semiconductor module 1 shows a semiconductor module 1 according to the prior art in a first embodiment.
  • the semiconductor module 1 is shown in a sectional side view.
  • the semi ⁇ conductor module 1 comprises a substrate 2 which is formed of an electrically insulating material.
  • the substrate 2 may be formed of a ceramic.
  • the semiconductor module 1 comprises a bottom plate 3, which is connected to an underside 4 of the substrate 2.
  • the bottom plate 3 may be formed of a metal.
  • the semiconductor chip 6 can also be referred to as the die.
  • located on the upper side 5 of the substrate 2 is a conductor 7.
  • the semiconductor chip 6 is electrically connected to the conductor by means of a bonding wire 8.
  • the bonding wire 8 is arranged on an upper side 9 of the semiconductor chip 6.
  • the semiconductor chip 6 may also be electrically connected on its underside with a conductive layer. Via this conductive layer, the semiconductor chip 6 can be connected to a further component or drive this.
  • FIG. 2 shows a semiconductor module 1 according to the prior art in a further embodiment.
  • This flexible connection element 10 lies flat on areas of the semiconductor chip 6, the substrate 2 and the conductor track 7.
  • the connecting element 10 can be provided, for example, by applying a film to the conductor track 7, the substrate 2 and the semiconductor chip 6. Subsequently, this film can be structured accordingly. On the structured film then a metal layer can be applied. It may be also provided for hen, which is applied to the conductor track ⁇ 7, the substrate 2 and the semiconductor chip 6 that the connecting member 10 as a flexible, elekt ⁇ driven conductive plate formed.
  • insulation elements 11 are provided, which are arranged between the semiconductor chip 6 and the connecting element 10. These insulation elements 11 serve for edge isolation.
  • the semiconductor module comprises a first connecting element 12, which is formed on the type of kausele ⁇ ment 11 which is shown in FIG. 2 Since ⁇ in, the first connecting element 12 in comparison to the connecting element 11 has a smaller layer thickness.
  • the semiconductor module 1 a second connecting element 13 which is presently formed as a bonding wire 8 from ⁇ . It can also be provided that the second connecting element 13 is formed as a band. In this case, the second connecting element is applied to an upper side 14 of the first connecting element 12.
  • the second connection element 13 and the bonding ⁇ wire 8 illustrates a parallel current path above the flexible plate or the first connecting member 12th
  • bil ⁇ det the first connecting member 12 includes a low-inductance commutation path, which ensures a smooth commutation in the semiconductor chip 6
  • the second connection ⁇ element 13 and the bonding wire 6 the current carrying capacity can be increased.
  • This connection can also be used to connect the semiconductor chip 6 to further components of the semiconductor module 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul (1) mit einem Substrat (2), mit einem Halbleiterchip (6), welcher auf dem Substrat (2) angeordnet ist, und mit einem ersten Verbindungselement (12) zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips (6) mit einer Leiterbahn (7) und/oder einem weiteren Bauelement des Halbleitermoduls (1), wobei das erste Verbindungselement (12) zumindest bereichsweise flächig an dem Halbleiterchip (6) und dem Substrat (2) sowie der Leiterbahn (7) und/oder dem weiteren Bauelement anliegt, wobei das Halbleitermodul (1) ein zweites Verbindungselement (13) zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips (6) mit der Leiterbahn (7) und/oder dem weiteren Bauelement aufweist, wobei das zweite Verbindungselement (13) als Draht oder als Band ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Halbleitermodul mit einem ersten und einem zweiten Verbin- dungselement zum Verbinden eines Halbleiterchips sowie Her¬ stellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einem Sub¬ strat, mit einem Halbleiterchip, welcher auf dem Substrat an- geordnet ist, und mit einem ersten Verbindungselement zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips mit einer Leiterbahn und/oder einem weiteren Bauelement des Halbleitermoduls, wobei das erste Verbindungselement zumindest bereichsweise flächig an dem Halbleiterchip und dem Substrat sowie der Lei- terbahn und/oder dem weiteren Bauelement anliegt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Halbleitermodule, welche beispielsweise Teil einer Elektronik oder einer Leis¬ tungselektronik sein können. Derartige Halbleitermodule umfassen zumindest einen Halbleiterchip, welcher auf einem Substrat angeordnet ist. Dieser Halbleiterchip ist elektrisch mit weiteren Komponenten des Halbleitermoduls verbunden. Bei- spielsweise kann der Halbleiterchip mit einer oder mehreren Leiterbahnen, welche auf dem Substrat angeordnet sind, ver¬ bunden sein. Des Weiteren kann der Halbleiterchip elektrisch mit weiteren Bauteilen bzw. Halbleiterchips des Halbleitermo¬ duls verbunden sein. Aus dem Stand der Technik sind unter- schiedliche Verfahren zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips bekannt.
Eine häufig verwendete Form zur Kontaktierung von Halbleiterchips sind Bonddrähte. Hierbei ist aber die Kontaktstelle des Bonddrahtes an dem Halbleiterchip als eine Schwachstelle be¬ kannt. Dies ist dadurch begründet, dass die Kontaktfläche verhältnismäßig klein ist. Darüber hinaus bringen Bonddrähte den Nachteil mit sich, dass elektromagnetische Störungen in¬ nerhalb des Halbleitermoduls auftreten können somit die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) nicht ausreichend gewährleistet ist. Zudem kann durch die Belastung in Bond¬ draht die Temperatur erhöht werden. Dies kann eine thermische Ausdehnung und damit eine mechanische Spannung verursachen. Dies kann dann zu einer Beschädigung führen.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik die Kontaktierung von Halbleiterchips mit einem Band, welches auch als ribbon bezeichnet werden kann, bekannt. Da die einzelnen Bänder ei- nen größeren Querschnitt aufweisen als Bonddrähte, wird für die Realisierung des gleichen Leiterquerschnitts im Vergleich zu Bonddrähten eine geringere Anzahl von Bändern benötigt. Die Kontaktierung der Bänder auf der Oberfläche des Halblei¬ terchips benötigt aber eine größere Fläche. Somit ist es nicht mehr möglich, eine bessere Stromtragfähigkeit zu reali¬ sieren. Auch die Einstrahlung von elektromagnetischen Störungen ist weiterhin nicht ausgeschlossen und es hat sich heraus gestellt, dass die Halbleitermodule in bestimmten Betriebszu- ständen zu Schwingungen neigen.
Ferner ist aus dem Stand der Technik die Verwendung von flexiblen Platten zur Kontaktierung von Halbleiterchips bekannt. Hierbei wird der Halbleiterchip großflächig durch ein vorgefertigtes Verbindungselement, welches beispielsweise als fle- xible Platte ausgebildet sein kann, kontaktiert. Somit wird es ermöglicht, die Kontaktfläche deutlich zu erhöhen. Der wirksame Querschnitt des Verbindungselements ist aber gerin¬ ger als bei Bonddrähten. Dabei ist Verbesserung des wirksamen Querschnitts nur durch die Erhöhung der Schichtdicke des Ver- bindungselements bzw. der flexiblen Platte möglich.
Wenn aber das Verbindungselement dünn und flexibel ausgestal¬ tet wird, so ist die Elastizität und die Ausdehnung des Ver¬ bindungselements gut und das Verbindungselement kann sich zu- sammen mit dem Halbleiterchip elastisch verformen, sodass keine bleibende Verformung des Verbindungselements verursacht wird. Die Stromtragfähigkeit des Verbindungselements ist aber wegen der geringen Schichtdicke nicht ausreichend. Es kann auch der Fall sein, dass sich der Temperaturhub innerhalb des Verbindungselements erhöht, sodass die Leistungsfähigkeit des Halbleiterchips nicht ausgenutzt werden kann. Falls die
Schichtdicke des Verbindungselements aber erhöht wird, kann dies dazu führen, dass das Verbindungselement nicht mehr aus¬ reichend flexibel ist, um sich zusammen mit dem Halbleiterchip bei Temperaturwechseln auszudehnen. Somit kann eine ausreichende Robustheit nicht garantiert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzu zeigen, wie eine elektrische Verbindung innerhalb eines Halb leitermoduls der eingangs genannten Art zuverlässiger ausge¬ staltet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleitermodul, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbil¬ dungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Halbleitermodul umfasst ein Substrat. Des Weiteren umfasst das Halbleitermodul einen Halbleiter¬ chip, welcher auf dem Substrat angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst das Halbleitermodul ein erstes Verbindungselement zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips mit einer Leiterbahn und/oder einem weiteren Bauelement des Halbleitermoduls, wobei das erste Verbindungselement zumindest bereichsweise flächig an dem Halbleiterchip und dem Substrat sowie der Leiterbahn und/oder dem weiteren Bauelement anliegt. Schließlich umfasst das Halbleitermodul ein zweites Verbindungselement zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips mit der Leiterbahn und/oder dem weiteren Bauelement, wobei das zweite Verbindungselement als Draht oder als Band ausgebildet ist.
Das Halbleitermodul kann beispielsweise für eine Leistungs¬ elektronik verwendet werden. Das Halbleitermodul umfasst das Substrat, welches aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein kann. Bevorzugt ist das Substrat aus einer Ke- ramik gefertigt. Auf diesem Substrat ist der Halbleiterchip angeordnet. Der Halbleiterchip, welcher auch als die bezeichnet werden kann, ist insbesondere ein ungehäustes Halbleiter¬ bauelement. Der Halbleiterchip kann beispielsweise als Diode, als Transistoren oder dergleichen ausgebildet sein. Darüber hinaus kann das Halbleitermodul Leiterbahnen aufweisen, wel¬ che auf dem Substrat angeordnet sind bzw. welche auf das Sub¬ strat aufgebracht sind. Darüber hinaus kann das Halbleitermo¬ dul weitere Bauelemente bzw. elektronische Bauelemente auf- weisen. Bei den weiteren Bauelementen kann es sich um weitere Halbleiterchips handeln. Außerdem umfasst das Halbleitermodul das erste elektrische Verbindungselement. Dieses erste elekt¬ rische Verbindungselement dient dazu, den Halbleiterchip mit einer Leiterbahn und/oder mit einem weiteren Bauelement elektrisch zu verbinden. Dabei ist das erste Verbindungsele¬ ment so ausgebildet, dass es flächig an einem Bereich des Halbleiterchips und auch an einem Bereich des Substrats an¬ liegt. Zudem kann das erste Verbindungselement flächig an ei¬ nem Bereich der Leiterbahn oder des weiteren Bauteils anle- gen. Das erste Verbindungselement kann insbesondere als lami¬ nierte Struktur oder als flexible Platte ausgebildet sein.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Halbleitermodul zusätzlich zu dem ersten Verbindungselement ein zweites Verbindungselement auf¬ weist. Auch dieses zweite Verbindungselement dient zum elekt¬ rischen Verbinden des Halbleiterchips mit der Leiterbahn und/oder dem weiteren Bauelement. Dabei ist das zweite Ver¬ bindungselement als Draht oder als Band ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Verbindungselement meh¬ rere Drähte und/oder Bänder aufweist. Beispielsweise kann das zweite Verbindungselement als Bonddraht ausgebildet sein. Al¬ ternativ dazu kann das zweite Verbindungselement als Band (ribbon) ausgebildet sein. Durch das zweite Verbindungsele- ment wird die Stromtragfähigkeit des ersten Verbindungsele¬ ments deutlich verbessert. Dabei dient das erste Verbindungs¬ element insbesondere dazu, einen niederinduktiven Kommutie¬ rungspfad bereitzustellen, wodurch die Schaltverluste im Halbleiterchip minimiert werden. Zudem bringt das erste Verbindungselement den Vorteil der geringen elektromagnetischen Störungen während der Schaltvorgänge mit sich. Durch das zweite Verbindungselement wird die Stromtragfähigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und der Leiterbahn und/oder dem weiteren Bauelement erhöht. Somit kann insgesamt eine zuverlässigere elektrische Verbindung für den Halbleiterchip bereitgestellt werden. Bevorzugt ist das zweite Verbindungselement auf einer dem
Halbleiterchip abgewandten Seite des ersten Verbindungselements angeordnet. Der Draht oder das Band wird also als pa¬ ralleler Strompfad oberhalb des ersten Verbindungselements angebracht. Dies führt zu geringeren Temperaturhüben der Bonddrähte bzw. Bänder. Zudem wird der Draht oder das Band elektrisch mit dem ersten Verbindungselement verbunden. Somit kann eine verbesserte Kontaktierung des Drahts oder des Ban¬ des erreicht werden. Wenn nur ein Draht oder ein Band ohne das erste Verbindungselement verwendet wird, werden diese üb- licherweise direkt mit dem Halbleiterchip verbunden. Durch die dabei entstehende relativ geringe Kontaktfläche können Beschädigungen auftreten. Somit kann eine robuste elektrische Verbindung bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform umfasst das erste Verbindungselement eine elektrisch isolierende Folie und eine auf der Folie auf¬ gebrachte Metallschicht. Beispielsweise kann das erste Ver¬ bindungselement mithilfe des sogenannten SiPLIT®-Verfahrens bereitgestellt werden (SiPLIT - Siemens Planar Interconnect Technology) . Hierbei kann zunächst die elektrisch isolierende Folie derart auf den Halbleiterchip, das Substrat sowie die Leiterbahn und/oder das weitere Bauelement aufgebracht wer¬ den, dass diese an diesen Komponenten anliegt. Anschließend kann die Folie entsprechend strukturiert werden. Auf diese Folie kann dann die Metallschicht aufgebracht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Verbindungselement mit¬ hilfe der sogenannten Skin®-Technologie bereitgestellt wird. Hierbei kann die Metallschicht Sinterverfahrens auf eine Fo- lie aufgebracht werden. Damit können bekannte Verfahren zur Herstellung des ersten Verbindungselements genutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erste Verbin- dungselement flexibel ausgebildet sein. Grundsätzlich kann das erste Verbindungselement dadurch bereitgestellt werden, dass eine flexible, elektrisch leitfähige Platte auf die zu verbindenden Komponenten des Halbleitermoduls aufgebracht wird. Somit kann beispielsweise die Kontaktfläche bei der elektrischen Verbindung deutlich erhöht werden. Des Weiteren können Ausdehnungen in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen zuverlässig ausgeglichen werden.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn das zweite Verbindungselement zumindest bereichsweise eine vorbestimmte Krümmung aufweist. Mit anderen Worten kann der Draht oder das Band bereichsweise bogenförmig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung des zweiten Verbindungselements kann erreicht werden, dass dieses ei¬ ne gewisse Elastizität aufweist. Somit können Ausdehnungen der einzelnen Komponenten des Halbleitermoduls infolge von Temperaturunterschiede ausgeglichen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Halbleitermodul zumindest ein Isolationselement auf, welches zwischen dem Halbleiterchip und dem ersten Verbindungselement angeordnet ist. Dieses Isolationselement ist bevorzugt aus einem elekt¬ risch isolierenden Material gefertigt. Insbesondere kann die¬ ses Isolationselement an den Randbereichen des Halbleiterchips angeordnet sein. An den Randbereichen des Halbleiter- chips befinden sich entsprechende Strukturen des Halbleiterchips, welche für die Sperrfähigkeit verantwortlich sind. Durch das Isolationselement kann verhindert werden, dass die¬ se Strukturen elektrisch verbunden werden. Somit kann mithil- fe des Isolationselements eine zuverlässige Randisolierung bereitgestellt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Halbleitermodul eine Bodenplatte aufweist, welche auf einer dem Halbleiterchip ab- gewandten Seite des Substrats mit dem Substrat verbunden ist. Beispielsweise kann die Bodenplatte aus einem Metall gebildet sein. Die Bodenplatte kann auch aus einem Material gebildet sein, welches Siliziumcarbid und/oder Aluminium umfasst. Mit- hilfe der Bodenplatte kann die im Betrieb des Halbleitermo¬ duls bzw. des Halbleiterchips entstehende Wärme zuverlässig abgeführt werden.
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass das Halbleiter- modul Steuerkreise aufweist. In diesen Steuerkreisen kann dann nur das erste Verbindungselement zur elektrischen Ver¬ bindung verwendet werden. In diesen Steuerkreisen liegt üblicherweise eine niedrigere Strombelastung vor. Somit sind elektromagnetische Störungen oder Beeinflussungen ausge- schlössen bzw. minimiert.
Das Halbleitermodul kann in einer Leistungselektronik oder einer anderen Elektronikkomponente verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik bzw. die Elektronikkomponente eine Mehrzahl von Halbleitermodulen umfasst. Der Halbleiterchip kann insbesondere als Transistor, beispielsweise als MOSFET oder als IGBT ausgebildet sein. Der Halbleiterchip kann auch als Leistungshalbleiterbauelement ausgebildet sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Halbleitermoduls. Hierbei wird ein Substrat bereitgestellt. Des Weiteren wird auf dem Substrat ein Halbleiterchip angeordnet. Ferner wird ein erstes Verbindungselement zum elekt- rischen Verbinden des Halbleiterchips mit einer Leiterbahn und/oder einem weiteren Bauelement des Halbleitermoduls der¬ art bereitgestellt, dass das erste Verbindungselement zumin¬ dest bereichsweise flächig an dem Halbleiterchip und dem Substrat sowie der Leiterbahn und/oder dem weiteren Bauelement anliegt. Darüber hinaus wird ein zweites Verbindungselement zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips mit der Leiterbahn und/oder dem weiteren Bauelement bereitgestellt, wo¬ bei das zweite Verbindungselement als Draht oder als Band ausgebildet ist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein erfindungsgemäßes Halbleitermodul hergestellt wer¬ den . Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zunächst das erste Verbindungselement zumindest bereichsweise auf den Halblei¬ terchip und das Substrat sowie auf die Leiterbahn und/oder das weitere Bauelement aufgebracht wird und anschließend das zweite Verbindungselement zumindest bereichsweise auf das erste Verbindungselement aufgebracht wird. Somit kann das erste Verbindungselement im Vergleich zu bekannten ersten Verbindungselementen bzw. flexiblen Platten mit einer geringeren Schichtdicke ausgebildet werden. Dadurch wird der Pro- zess der Fertigung vereinfacht. Des Weiteren weist das erste Verbindungselement im Vergleich zu bekannten Verbindungsele¬ menten eine höhere Elastizität auf und kann zudem besser auf die Oberfläche des Halbleiterchips aufgebracht werden. Zudem kann eine zuverlässige Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement und dem Halbleiterchip auch bei unterschiedli- chen thermischen Ausdehnungskoeffizienten garantiert werden. Somit kann insgesamt eine robuste und zuverlässige Verbindung bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Bereitstellen des ersten Verbindungselements eine Metallschicht mittels
Sintern, Löten und/oder Galvanotechnik auf eine Folie aufgebracht. Wie bereits erläutert, kann das erste Verbindungsele¬ ment als lamentierte Struktur oder als flexible Platte ausge¬ bildet sein. Das erste Verbindungselement kann die elektrisch isolierende Folie umfassen, auf welcher die Metallschicht aufgebracht wird. Die Metallschicht kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Gold oder dergleichen gefertigt sein. Somit kann auf einfache und zuverlässige Weise das erste Ver¬ bindungselement hergestellt werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Halbleitermodul vorge¬ stellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren. Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbei¬ spielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: FIG 1 ein Halbleitermodul gemäß dem Stand der Technik in einer ersten Ausführungsform;
FIG 2 ein Halbleitermodul gemäß dem Stand der Technik in einer weiteren Ausführungsform; und
FIG 3 ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. FIG 1 zeigt ein Halbleitermodul 1 gemäß dem Stand der Technik in einer ersten Ausführungsform. Dabei ist das Halbleitermodul 1 in einer geschnittenen Seitenansicht gezeigt. Das Halb¬ leitermodul 1 umfasst ein Substrat 2, welches aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Beispielsweise kann das Substrat 2 aus einer Keramik gebildet sein kann. Des Weiteren umfasst das Halbleitermodul 1 eine Bodenplatte 3, welche mit einer Unterseite 4 des Substrats 2 verbunden ist. Die Bodenplatte 3 kann aus einem Metall gebildet sein. Auf einer Oberseite 5 des Substrats 2 befindet sich ein Halblei- terchip 6. Der Halbleiterchip 6 kann auch als die bezeichnet werden. Darüber hinaus befindet sich auf der Oberseite 5 des Substrats 2 eine Leiterbahn 7. Dabei ist der Halbleiterchip 6 elektrisch mit der Leiterbahn mittels eines Bonddrahtes 8 verbunden. Dabei ist der Bonddraht 8 auf einer Oberseite 9 des Halbleiterchips 6 angeordnet. Der Halbleiterchip 6 kann zudem auf seiner Unterseite mit einer leitenden Schicht elektrisch verbunden sein. Über diese leitende Schicht kann der Halbleiterchip 6 mit einem weiteren Bauelement verbunden sein oder dieses ansteuern.
FIG 2 zeigt ein Halbleitermodul 1 gemäß dem Stand der Technik in einer weiteren Ausführungsform. Im Vergleich zu dem Halbleitermodul 1 gemäß FIG 1 sind der Halbleiterchip 6 und die Leiterbahn 7 mit einem flexiblen Verbindungselement 10 mitei¬ nander verbunden. Dieses flexible Verbindungselement 10 liegt flächig auf Bereichen des Halbleiterchips 6, des Substrats 2 sowie der Leiterbahn 7 auf. Das Verbindungselement 10 kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass eine Folie auf die Leiterbahn 7, das Substrat 2 und den Halbleiterchip 6 aufgebracht wird. Anschließend kann diese Folie entsprechend strukturiert werden. Auf die strukturierte Folie kann dann eine Metallschicht aufgebracht werden. Es kann auch vorgese- hen sein, dass das Verbindungselement 10 als flexible, elekt¬ risch leitende Platte ausgebildetes, welche auf die Leiter¬ bahn 7, das Substrat 2 sowie den Halbleiterchip 6 aufgebracht wird. Darüber hinaus sind Isolationselemente 11 vorgesehen, welche zwischen dem Halbleiterchip 6 und dem Verbindungsele- ment 10 angeordnet sind. Diese Isolationselemente 11 dienen zur Randisolierung.
FIG 3 zeigt ein Halbleitermodul 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Hierbei umfasst das Halbleitermodul ein erstes Verbindungselement 12, welches nach Art des Verbindungsele¬ ments 11, welches in FIG 2 gezeigt ist, ausgebildet ist. Da¬ bei weist das erste Verbindungselement 12 im Vergleich zu dem Verbindungselement 11 eine geringere Schichtdicke auf. Darü¬ ber hinaus weist das Halbleitermodul 1 ein zweites Verbin- dungselement 13 auf, welches vorliegend als Bonddraht 8 aus¬ gebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Verbindungselement 13 als Band ausgebildet ist. Dabei ist das zweite Verbindungselement auf eine Oberseite 14 des ersten Verbindungselements 12 aufgebracht.
Somit stellt das zweite Verbindungselement 13 bzw. der Bond¬ draht 8 einen parallelen Strompfad oberhalb der flexiblen Platte bzw. des ersten Verbindungselements 12 dar. Dabei bil¬ det das erste Verbindungselement 12 einen niederinduktiven Kommutierungspfad, welcher für eine reibungslose Kommutierung in dem Halbleiterchip 6 sorgt. Durch das zweite Verbindungs¬ element 13 bzw. den Bonddraht 6 kann die Stromtragfähigkeit erhöht werden. Somit kann eine zuverlässige und robuste elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 6 und der Leiterbahn 7 bereitgestellt werden. Diese Verbindung kann auch dazu genutzt werden, den Halbleiterchip 6 mit weiteren Bauelementen des Halbleitermoduls 1 zu verbinden.

Claims

Patentansprüche
1. Halbleitermodul (1) mit einem Substrat (2), mit einem Halbleiterchip (6), welcher auf dem Substrat (2) angeordnet ist, und mit einem ersten Verbindungselement (12) zum elekt¬ rischen Verbinden des Halbleiterchips (6) mit einem weiteren Bauelement des Halbleitermoduls (1), wobei das erste Verbin¬ dungselement (12) zumindest bereichsweise flächig an dem Halbleiterchip (6) und dem Substrat (2) sowie dem weiteren Bauelement anliegt, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass das Halbleitermodul (1) ein zweites Verbindungselement (13) zum elektrischen Verbinden des Halb¬ leiterchips (6) mit dem weiteren Bauelement aufweist, wobei das zweite Verbindungselement (13) als Draht oder als Band ausgebildet ist und wobei das erste Verbindungselement (12) eine elektrisch isolierende Folie und eine auf der Folie auf¬ gebrachte Metallschicht umfasst.
2. Halbleitermodul (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite Verbindungs¬ element (13) auf einer dem Halbleiterchip (6) abgewandten Seite (14) des ersten Verbindungselements (12) angeordnet ist .
3. Halbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Verbindungselement (12) flexibel ausgebildet ist.
4. Halbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite Verbindungselement (13) zumindest bereichsweise eine vorbestimmte Krümmung aufweist.
5. Halbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Halbleitermodul (6) zumindest ein Isolationselement (11) aufweist, welches zwischen dem Halbleiterchip (6) und dem ersten Verbindungselement (12) angeordnet ist.
6. Halbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Halbleitermodul (1) eine Bodenplatte (3) aufweist, welche auf einer dem Halbleiterchip (6) abgewandten Seite (4) des Substrats (2) mit dem Substrat (2) verbunden ist.
7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls (1), bei welchem ein Substrat (2) bereitgestellt wird, auf dem Sub¬ strat (2) ein Halbleiterchip (6) angeordnet wird und ein ers- tes Verbindungselement (12) zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips (6) mit einem weiteren Bauelement des Halb¬ leitermoduls (1) derart bereitgestellt wird, dass das erste Verbindungselement (12) zumindest bereichsweise flächig an dem Halbleiterchip (6) und dem Substrat (2) sowie dem weite- ren Bauelement anliegt, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass ein zweites Verbindungselement (13) zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips (6) mit dem weiteren Bauelement bereitgestellt wird, wobei das zweite Verbindungselement (13) als Draht oder als Band ausgebildet ist und wobei zum Bereitstellen des ersten Verbindungsele¬ ments (12) eine Metallschicht auf eine elektrisch isolierende Folie aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass zunächst das erste Verbindungsele¬ ment (12) zumindest bereichsweise auf den Halbleiterchip (6) und das Substrat (2) sowie das weitere Bauelement aufgebracht wird und anschließend das zweite Verbindungselement (13) zu¬ mindest bereichsweise auf das erste Verbindungselement (12) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zum Bereitstellen des ersten Verbindungselements (12) die Metallschicht mittels Sintern, Löten und/oder Galvanotechnik auf die Folie aufgebracht wird.
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