WO1997029512A1 - Halbleiterelement mit einem kondensator - Google Patents

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WO1997029512A1 PCT/EP1997/000531 EP9700531W WO9729512A1 WO 1997029512 A1 WO1997029512 A1 WO 1997029512A1 EP 9700531 W EP9700531 W EP 9700531W WO 9729512 A1 WO9729512 A1 WO 9729512A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement (10) mit einem Halbleiterchip (14), einer Mehrzahl von Datenleitern (18, 20, 22), mindestens zwei Versorgungsleitern (18, 20) und einem Gehäuse (12), das das Halbleiterbauelement (10) und innere Abschnitte der Anschlüsse einschließt. Um ein sicheres Schaltungsverhalten eines solchen Halbleiterbauelements zu gewährleisten, ist der Kondensator (40) innerhalb des Gehäuses (12) angeordnet und mit den im Innern des Gehäuses (12) befindlichen Abschnitten der Versorgungsleiter (18, 20) elektrisch verbunden.

Description

HALBLEITERELEMENT MIT EINEM KONDENSATOR
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, einer Mehrzahl von elektrischen Datenlei¬ tern, mindestens zwei elektrischen Versorgungsleitern und einem Gehäuse, das den Halbleiter-Chip und innere Ab- schnitte der Leiter einschließt und aus dem äußere Ab¬ schnitte der Leiter herausragen.
Im Betrieb derartiger Halbleiterbauelemente, beispiels¬ weise bei Speicherbausteinen mit mehr als vier Daten- Ein-/Ausgängen, ergibt sich das Problem, daß beim Um¬ schalten eines Datenausgangs von einem hohen Spannungs- pegel auf einen niedrigen Spannungspegel Schwingungen, sogenannte Spikes, auftreten. Beim gleichzeitigen oder kurz aufeinanderfolgenden Schalten an mehreren Datenaus- gangen können diese so hoch sein, daß die niedrige Span¬ nung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und eine nachfolgende Auswertelogik den richtigen logischen Span¬ nungspegel nicht detektieren kann. Zur Glättung solcher Schwingungen ist es bekannt, Kondensatoren als separate Bauelemente zwischen den Außenanschlüssen des Halbleiter¬ bauelements auf der zugehörigen Leiterplatte zu schalten. Derartige Kondensatoren haben typischerweise Kapazitäten zwischen 100 nF und 10 μF.
Die obigen Probleme treten insbesondere bei Highspeed CMOS oder BiCMOS Halbleiterbauelementen mit vielen Ein- und Ausgängen auf. Beim gleichzeitigen Schalten mehrerer Aus¬ gänge kann es zu Stromspitzen von ca. 200 mA mit Anstiegs¬ zeiten von weniger als 3 ns kommen. Da die Anschlußbein- chen der Halbleiterbauelemente eine Induktivität von ca. 10 nH bilden, ergeben sich Störspannungen von einigen 100 Millivolt. Diese Störspannungen übertragen sich auf die Signalleitungen. Dadurch werden Low-Pegel unter Umständen nicht mehr sauber erkannt. Die Induktivität macht sich besonders bei den hochfrequenten Störspannungen zum Um¬ schaltzeitpunkt bemerkbar. Die Abblockung der Stromversor¬ gung mit auf der Platine angeordneten Kondensatoren kann diese Probleme nicht vollständig beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter¬ bauelement zu schaffen, mit dem eine besonders sichere und zuverlässige Einhaltung der vorgegebenen Signalpegel ge¬ währleistet ist, selbst wenn eine Vielzahl von Datenaus- gangen zeitgleich umgeschaltet werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Halb¬ leiterbauelement vorgeschlagen, das versehen ist mit einem Halbleiterchip, - einer Mehrzahl von elektrischen Datenleitern, mindestens zwei elektrischen Versorgungsleitern und einem Gehäuse, das den Halbleiterchip und innere Lei¬ ter einschließt und aus dem äußere Abschnitte der Leiter herausragen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird mindestens ein Kondensator zwischen die im Gehäuse liegenden inneren Ab¬ schnitte der Versorgungsleiter innerhalb des Gehäuses des Halbleiterbauelements angeordnet .
Die elektrischen Versorgungs- und Datenleiter des Halblei- terbauelements wirken wie eine Induktivität, die in Abhän¬ gigkeit von der Länge der elektrischen Leiter typischer¬ weise ungefähr 10 nH beträgt. Bei einem schnellen Umschal¬ ten des Datenausgangs von einem hohen Spannungspegel Vcc auf einen niedrigeren Spannungspegel Vss wirken die Versor- gungsleiter als Induktivität, so daß es zu den oben be¬ schriebenen hochfrequenten Spikes kommen kann. Durch die Anordnung eines Kondensators bzw. einer Kapazität im Inne¬ ren des Gehäuses können die Versorgungsleiter so kontak¬ tiert werden, daß nur kurze Stücke der inneren Abschnitte der Versorgungsleiter zwischen dem Halbleiterchip und dem Kondensator verbleiben, die als störende Induktivitäten wirken können. Diese (parasitären) Induktiviäten sind dann entsprechend klein. Die hier benötigten Kondensatoren haben typischerweise eine Kapazität in der Größenordnung von 1 bis 10 nF und sind insbesondere als SMD-Bauteile ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement stellt auf diese Weise einen sicheren Betrieb auch während des Umschaltens von einem hohen auf einen niedrigen Signalpegel sicher. Durch den integrierten Aufbau wird das Halbleiterbau¬ element insgesamt vereinfacht und die Zuverlässigkeit er¬ höht, da der Kondensator innerhalb des durch das Gehäuse geschützten Bereichs angeordnet ist. Insgesamt wird das Rauschverhalten des Bauelements verbessert und eine mög- liehe SignalVerzögerung unterdrückt.
Bevorzugt sind die elektrischen Leiter von den inneren Anschlußfingern eines Leadframes gebildet. Dabei kann ent¬ weder die konventionelle Leadframe-Technologie, bei der die Anschlußfinger bis an den Rand des Halbleiterchips herangeführt und mit diesem durch Bonddrähte verbunden sind oder die sogenannte Lead-on-Chip (LOC) -Technologie mit bis auf und über den Halbleiterchip geführten An¬ schlußfingern genutzt werden.
Der Kondensator ist bevorzugt zwischen den inneren Ab¬ schnitten der Versorgungsleiter und möglichst nahe benach¬ bart zum Halbleiterchip angeordnet. Weiterhin ist es gün¬ stig, den Kondensator an der (schmalen) Stirnseite des Halbleiterchips zu positionieren und ihn parallel zur Stirnseite auszurichten. Durch diese Maßnahmen wird insge- samt erreicht, daß nur ein kurzes Stück der Versorgungs¬ leiter als Induktivität wirkt und der Kondensator ent¬ sprechend klein dimensioniert werden kann.
Bei der Herstellung ist es besonders günstig, den Konden¬ sator und den Halbleiterchip in derselben Ebene des Gehäu¬ ses anzuordnen. Dies kann auf besonders einfache Weise dadurch erreicht werden, daß der Kondensator von unten an die Versorgungsleiter angelötet oder angeschweißt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Konden¬ satoren parallel zwischen die inneren Abschnitte der Ver¬ sorgungsleiter geschaltet. Auf diese Weise ist eine Opti¬ mierung der Kapazität möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu¬ tert . Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Halblei¬ terbauelement gemäß einer ersten Variante,
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht durch das Halblei- terbauelement gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Draufsicht mit einem teilwei¬ se aufgebrochenen Gehäuse auf ein Halbleiterbau¬ element gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in LOC-Technik,
Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht des Halbleiterbau¬ elements gemäß Fig. 4, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht mit einem teilweise aufgebrochenen Gehäuse des Halbleiterbauelements gemäß Fig. 4 und
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip mit ober¬ halb von diesem angeordneten Daten- und Versor¬ gungsleitern (LOC-Technik) , wobei die möglichen Positionen der Anordnung und Verbindung eines Kon¬ densators mit den inneren Abschnitten der Versor- gungsleiter dargestellt sind.
In den Fign. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements 10 mit integrierten Kondensa¬ toren dargestellt. Das Halbleiterbauelement 10 weist gemäß Fig. 3 ein Kunststoffgehäuse 12 auf, in dem ein Halblei¬ terchip 14 angeordnet ist. Zum Halbleiterchip 14 führen eine Vielzahl von Anschlußfingern 16, die elektrische Lei¬ ter 18,20,22 bilden. Diese elektrischen Leiter 18 bis 22 enden in unmittelbarer Nähe des Randes des Chips 14 und sind über Bonddrähte 24 mit Anschlußpads 26 des Chips 14 verbunden. Dabei übernehmen die elektrischen Leiter 18,20 die Versorgung des Chips 14 mit positivem und negativem Versorgungspotential, während die Leiter 22 der Übertra¬ gung von Datensignalen dienen. Sämtliche elektrischen Lei- ter 18 bis 22 sind als Anschlußfinger 16 eines (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Leadframes ausgebildet, der die Anschlußfinger 16 während der Montage des Halblei¬ terbauelements 10 hält.
Die elektrischen Leiter 18 bis 22 weisen jeweils zwei Ab¬ schnitte auf, von denen die inneren Abschnitte 28,30,32 der elektrischen Leiter 18 bis 22 innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sind und die äußeren Abschnitte 34,36,38 der elektrischen Leiter 18 bis 22 außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sind und die Anschlußbeinchen des Halbleiter¬ bauelements 10 bilden. Wie insbesondere anhand von Fig. 3 zu erkennen ist, sind die beiden inneren Abschnitte 28,30 der Versorgungsleiter 18,20 über einen als SMD-Bauteil ausgeführten Kondensator 40 elektrisch miteinander verbunden. Das Halbleiterbau- element 10 weist insgesamt zwei derartige Kondensatoren auf, da es auch zwei Paare von elektrischen Versorgungs¬ leitern 18,20 für die positive und die negative Versor¬ gungspotentiale aufweist. Die Kondensatoren 40 sind so nahe wie möglich am Halbleiterchip 14 angeordnet, so daß im wesentlichen als Verbindung der Kondensatoren 40 mit den für die Spannungsversorgung vorgesehenen Anschlußpads 26 lediglich die Länge der Bonddrähte 24 verbleibt.
Wie anhand von Fig. 2 zu erkennen ist, befinden sich die Kondensatoren 40 in einer gemeinsamen Ebene 42 mit dem Halbleiterchip 14. Dabei sind die Kondensatoren 40 unter¬ halb der dem Halbleiterchip 14 zugewandten Enden der Ver¬ sorgungsleiter 18,20 angeordnet.
Anhand der Fign. 4 bis 6 wird nachfolgend auf eine Varian¬ te 10' eines Halbleiterbauelements eingegangen, wobei die¬ jenigen Teile dieses Halbleiterbauelements 10', die denen des Halbleiterbauelements 10 gleichen bzw. entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unter- schied zum Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 1 bis 3 weist das Halbleiterbauelement 10' in LOC-Technik angeord¬ nete Anschlußfinger 16 auf. Die inneren Abschnitte 28,30, 32 der elektrischen Leiter 18,20,22 erstrecken sich also bis über den Halbleiterchip 14 hinweg. Die Kondensatoren 40 sind wiederum außerhalb des Halbleiterchips 14 in einer gemeinsamen Ebene 42 mit diesem angeordnet. Wiederum be¬ finden sich die Kondensatoren 40 unterhalb der inneren Abschnitte 28,30 der elektrischen Versorgungsleiter 18,20.
Anhand von Fig. 7 soll nachfolgend auf drei mögliche An¬ ordnungen der Kondensatoren 40,40' ,40" eingegangen werden, wenn die elektrischen Leiter 18,20,22 in LOC-Technik mon¬ tiert sind und die Kondensatoren 40,40',40" als SMD-Bau- teile ausgebildet sind. Derartige Kondensatoren 40,40' ,40" weisen einen die Kapazität bildenden Teil 44 auf, der an zwei einander gegenüberliegenden Enden mit Metallisierun¬ gen als Anschlußkontakte 46 versehen ist. Im oberen Teil der Fig. 7 ist der Fall dargestellt, daß sich der Konden¬ sator 40 in Höhe der inneren Abschnitte 28,30,32 der elek¬ trischen Leiter 18,20,22, d.h. mit diesen inneren Ab- schnitten in einer gemeinsamen Ebene befindet. Die An¬ schlußkontakte 46 liegen an den schmalen Seitenkanten der inneren Abschnitte 28,30 der Versorgungsleiter 18,20 an. Gemäß dem in der Mitte der Fig. 7 gezeigten Kondensator 40' befinden sich die Anschlußkontakte 46 zwischen den Verbindungsabschnitten 48,50, die die inneren Abschnitte 28 bzw. 30 der Versorgungsleiter 18,20, die an den vier Ecken des Halbleiterchips 14 angeordnet sind, untereinan¬ der verbinden. Damit befindet sich der SMD-Kondensator 40' ebenfalls in der Ebene der inneren Abschnitte 28,30,32 der Leiter 18,20,22.
Im unteren Teil der Fig. 7 ist eine weitere Variante für die Anbringung eines Kondensators 40" gezeigt. Hierbei liegt der Kondensator 40" mit seinen Anschlußkontakten 46 von oben auf den Verbindungsabschnitten 48,50 der inneren Abschnitte 28,30 der Versorgungsleiter 18,20 auf.

Claims

ANSPRUCHE
Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip (14) , einer Mehrzahl von elektrischen Datenleitern (18, 20,22) , mindestens zwei elektrischen Versorgungsleitern (18,20) und einem Gehäuse (12) , das den Halbleiterchip (14) und innere Abschnitte (28,30,32) der Leiter (28, 30,32) einschließt und aus dem äußere Abschnitte (34,36,38) der Leiter (28,30,32) herausragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß innerhalb des Gehäuses (12) mindestens ein Kondensator (40,40',40") angeordnet ist und daß der mindestens eine Kondensator (40,40',40") elektrisch mit den inneren Abschnitten (28,30) der Versorgungsleiter (18,20) verbunden ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Leiter (18,20,22) von Anschlußfin¬ gern (16) eines Leadframes gebildet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensa¬ tor (40,40',40") möglichst nahe benachbart zum Halb¬ leiterchip (14) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensa¬ tor (40,40', 40") an einer Stirnseite des Halbleiter¬ chips (14) positioniert und parallel zur Stirnseite ausgerichtet ist. 5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensa¬ tor (40,40',40") und der Halbleiterchip (14) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensa¬ tor (40,40',40") an die inneren Abschnitte (28,30) der Versorgungsleiter (18,20) angelötet oder ange¬ schweißt ist.
7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (40, 40' ,40") und die inneren Abschnitte (28,30) zumindest der Versorgungsleiter (18,20) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sich die Leiter (18,20,22) oberhalb des Halbleiterchips (14) erstrecken und daß sich der Kon¬ densator (40,40' ,40") ebenfalls oberhalb des Halblei- terchips (14) befindet.
9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (40, 40',40") als SMD-Bauteil ausgebildet ist und ein Kapazitätsteil (44) mit einander abgewandten An¬ schlußkontakten (46) mit einer Metallisierung auf¬ weist, wobei die Anschlußkontakte (46) an den inneren Abschnitten (28,30) der Versorgungsleiter (18,20) anliegend mit diesen elektrisch verbunden sind.
10. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kon¬ densatoren (40, 40',40") parallel zwischen die inneren Abschnitte (28,30) der Versorgungsleiter (18,20) ge¬ schaltet sind.
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