WO2006060977A1 - Halbleiterbauteil mit einem kunststoffgehäuse, einem halbleiterchip und einer zwischenplatte sowie verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

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semiconductor chip
semiconductor
mold
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Gerold GRÜNDLER
Jürgen Högerl
Thomas Killer
Volker Strutz
Erich Syri
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    • H10W74/117—Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their shape or disposition the semiconductor body being completely enclosed by a substrate and the encapsulations the substrate having spherical bumps for external connection

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor device with a plastic housing and a semiconductor chip and a method for producing the same.
  • the semiconductor chip has an active top side and a rear side. Furthermore, the
  • an intermediate plate having an upper side, edge sides and a top side opposite arranged bottom. This underside of the intermediate plate is fixed on the active upper side of the semiconductor chip.
  • Such a semiconductor device is known from document US 4 004/0036172 A1.
  • the known semiconductor device includes a device package having an integrated circuit comprising a substrate facing each other
  • the semiconductor device has a semiconductor chip which has a rear side opposite to its active upper side.
  • the semiconductor chip is mounted on the upper side of the substrate such that the rear side of the semiconductor chip faces the substrate.
  • the plastic housing has a thermally conductive intermediate plate which is arranged on the active upper side of the semiconductor chip.
  • a heat sink is arranged on the intermediate plate, wherein the heat sink protrudes with its upper side from the plastic housing.
  • the intermediate plate forms a thermal coupling between the active top side of the semiconductor chip and the heat sink.
  • the function of the intermediate plate is thus extremely limited in the above document. It can neither be used as an intermediate wiring board nor serve as an additional heat sink.
  • semiconductor chips generate waste heat. This is removed from the semiconductor chip via the housing, so that the semiconductor chip does not heat up and can thus be destroyed.
  • the dissipation of heat takes place as in the above document by connecting the semiconductor chip via a good thermal conductor, such as a metal, a heat sink and / or a heat sink.
  • the wiring substrate in the form of a printed circuit board, on which the housing of the semiconductor device is mounted, can already serve as a heat sink.
  • the plastic housing compound assumes the function of a thermal connection between the active top side of the semiconductor chip and the wiring substrate.
  • Another heat path goes directly through the semiconductor chip, so that the heat loss passes over the back of the semiconductor chip on the wiring substrate.
  • the chip is usually mounted with its passive back on a designated chip contact surface of the wiring substrate.
  • the heat can be dissipated mainly in the direction of a wiring board in the form of the wiring substrate.
  • a third path for dissipating heat loss is made possible, in which an intermediate plate is arranged directly on the active upper side of the semiconductor chip, which in turn communicates thermally conductively with a heat sink.
  • the object of the invention is to provide a semiconductor device with a plastic housing made of a plastic housing composition, which has an intermediate plate that can be used in versatile semiconductor devices, and improves mechanical and thermal properties of the semiconductor device and / or allows secure stacking of semiconductor devices.
  • a semiconductor device is provided with a plastic housing made of a plastic housing composition which has a semiconductor chip which has an active top side and a rear side.
  • an intermediate plate is arranged, which has an upper side, edge sides and an upper side opposite to the upper side. has ordered bottom, which is fixed on the semiconductor chip.
  • the edge sides of the intermediate plate are at least partially embedded in the plastic housing composition, while the upper side of the intermediate plate has a convex or concave, lens-shaped upper side fitting with a predetermined radius of curvature that is free of the plastic mass.
  • This semiconductor device has the advantage that with the upper side fitting, the intermediate plate and thus the entire
  • Plastic housing to appropriately preformed parent components and circuit carrier, such as heatsink, stacked semiconductor devices and / or forming tools, centered is customizable. Further, the convex or concave top fit of the intermediate plate assists in assembling the
  • the convex or concave top fit during injection molding of the plastic housing may be engaged with a corresponding recess in the cavity of the injection molding tool to ensure that a semiconductor device housing is molded to the components of the semiconductor device in exact dimensions relative to the fit , Both a concave lenticular top-side fit and a convex lenticular top-side fit are possible.
  • the intermediate plate has a thickness d and the top fit has a spherical portion with a spherical portion height h, where h ⁇ d.
  • the intermediate plate protrudes with its Oberbutpassform from the plastic housing composition and forms a survey, which has the shape of a spherical section with a spherical section height h.
  • the spherical section height h can reach the size of the ball radius without impairing the operability of the intermediate plate as a centering aid.
  • a concave lenticular top-side fit has the further advantage that it has a scattering lens which forms above the plastic housing. The effect of such a diffusing lens increases the heat-radiating effect of the heat sink formed by the intermediate plate.
  • the intermediate plate is used as a heat sink, then it can be fixed on the active upper side of the semiconductor chip via an adhesive layer.
  • This adhesive layer has a thickness w with w ⁇ 50 ⁇ m, preferably with 0.5 ⁇ m ⁇ w ⁇ 5 ⁇ m. This has the advantage that the adhesive layer is extremely thin and thus the heat transfer resistance of the loss-heat-rich active upper side of the semiconductor chip to the intermediate plate remains low.
  • Intermediate plate on a highly thermally conductive material is preferably copper or a copper alloy.
  • Such highly thermally conductive metals are advantageously suitable for use of the intermediate plate as a heat sink and as a transition to an external heat sink.
  • the intermediate plate on a ductile material.
  • This ductile ma- The advantage of this material is that, when aligning semiconductor component components with fits, the superordinate structures can be adapted by plastic deformation, without the semiconductor components being burdened thereby. Instead, the ductile material of the intermediate plate distributes the occurring deformation forces to the entirety of the semiconductor component.
  • the intermediate plate may be constructed of a harder metal or material
  • the upper side fitting has a coating of a ductile material, preferably of indium. This coating can also ensure that the top-side fit of a corresponding fit of the superordinate structure can advantageously be adapted without overstressing the components of the semiconductor component.
  • the intermediate plate is an intermediate wiring plate of a semiconductor device stack and to have a carrier or core plate of polymeric plastic from which the convex or concave lenticular top-side fit of the intermediate plate is also formed.
  • an interconnection board has a wiring structure with trace vias and contact pads for assembling semiconductor devices.
  • a mold for the production of the semiconductor device is provided.
  • the mold has a cavity which has a mold fitting adapted to the upper-side fitting of the semiconductor component.
  • the radius of curvature of the surface-fitting shape also approximates when closing the mold the radius of curvature of the mold, so that the semiconductor component to be removed after the injection molding has an upper-side fitting with a radius of curvature which corresponds to the radius of curvature of the mold cavity.
  • a method for producing a semiconductor device with a plastic housing made of a plastic housing composition and with a semiconductor chip and with an intermediate plate has the following method steps.
  • a Moldform is produced with a cavity having a Moldpassform, wherein the Moldpassform is adapted to a Ober hotelpassform the intermediate plate.
  • an intermediate plate is produced with an upper side which has a convex or concave upper side fitting with a smaller radius of curvature than the mold fitting.
  • a semiconductor chip is produced, which has an active top side and a rear side.
  • a circuit carrier is produced on which now the semiconductor chip and the intermediate plate are fixed in such a way that first the semiconductor chip is applied with its rear side to the circuit carrier. After that, electrical connections between the circuit carrier and the semiconductor chip.
  • circuit carrier is achieved in the preformed and prepared Moldform under plastic deformation of the Ober domainpassform and adjusting the radii of curvature of Moldpassforna and Ober domainpassform to Moldform. Then, the injection molding of the plastic housing can take place and after the injection molding, finally, the semiconductor device can be removed from the injection mold.
  • An advantage of this method is that deviations from a plane-parallel stacked structure of circuit carrier, semiconductor chip and intermediate plate can be compensated by therapnpassform without mechanical peak forces occur during assembly of Moldform that endanger the semiconductor chip and / or the circuit substrate. This applies in particular to thinned semiconductor chips, in which it is necessary for pressure forces to be distributed as evenly as possible over the thinned semiconductor chip when the mold is brought together.
  • the above method has the further advantage that the intermediate plate has a ductile material, in particular in the region of the upper side fitting.
  • the ductile material can not only be adapted to the radius of curvature of the mold by plastic deformation, but at the same time also distributes the aligning forces evenly over the entire active upper side of the semiconductor chip, thus reducing the risk of breakage during the injection molding of such thinned semiconductor chips. Furthermore, due to the plastic deformation of the upper-side fitting, an intimate seal between Moldpassform and Oberrete- achieved fit, so advantageously the top side fit remains free of plastic residues.
  • a benefit is first produced with semiconductor device positions arranged in rows and columns, wherein the individual production steps for a plurality of semiconductor components correspond to the production steps of the method explained above, but relate to a plurality of the semiconductor device positions.
  • a common circuit carrier having the semiconductor device positions is potted to a composite board having a plastic package. This composite plate is finally separated into individual semiconductor components.
  • This variant of the method has the advantage that the production costs are reduced and many of the necessary steps can be carried out simultaneously on a common circuit carrier.
  • a metal having a greater hardness is used for producing the mold than the material of the intermediate plate. This greater hardness ensures and ensures that the Moldpassform is transferred with their slightly larger radius of curvature on the upper side of the semiconductor device shape under plastic deformation in closing the Moldform.
  • a metal plate or a core plate made of plastic is provided into which lenticular depressions are introduced, which are then coated with a ductile material.
  • This method has the advantage that the entire intermediate plate is not made of a ductile material from the outset in order to ensure that the upper side fitting adapts to the mold. Rather, the intermediate plate may have correspondingly adapted materials for its function, for example as a heat sink or as an intermediate wiring carrier, and only by coating the surface fitting with a ductile material can the further advantages of this process be utilized, in particular during injection molding of the housing in an adapted mold ,
  • a further preferred variant of the method is that, for the production of the intermediate plate with an upper side, which has a concave upper side fit of ductile material, first a metal plate or a core plate made of plastic is provided, are applied to the lens-shaped surveys of ductile material. These lenticular elevations can be produced by appropriate embossing technique on a base plate, wherein subsequently the base plate is separated into corresponding intermediate plates.
  • Such embossing technique is also advantageous if intermediate plates are to be produced with a convex recess. Again, in the base plate, the convex O- introduced surface fits and then separated the base plate into individual intermediate plates.
  • bonding wires are preferably arranged between corresponding contact areas on the active upper side of the semiconductor chip and contact connection areas on the upper side of the circuit carrier.
  • a possible TiIt of the semiconductor chip and / or the intermediate plate for perpendicularity of the Moldtechnikzeugs is absorbed by the rounded surfaces of the Moldpassform and the Ober passform without further pressure peaks in the semiconductor chip initiate. This reduces in particular the risk of breakage of thinned semiconductor chips.
  • the molding tool and the semiconductor chip structure comprising circuit carrier, semiconductor chip and intermediate plate are received by plastic deformation by the ductile material which is used for coating the top fit or for the entire intermediate plate, whereby at the contact line of the radius of curvature of the surface fit the surface at this point Touch is pressed.
  • Heat sink can emit heat in particular by a scattered lens function.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective sketch of a semiconductor component according to the invention
  • FIG. 2 shows the semiconductor component of FIG. 1 in a schematic perspective sketch in a shallower perspective angle.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective sketch of the semiconductor component 16 according to the invention.
  • the semiconductor component 16 has a semiconductor housing 1 made of a plastic housing composition 2, the outer contour of which is illustrated in dashed lines in this schematic diagram in order to make it possible to show the components of the semiconductor component which are not in the transparent plastic housing system 2.
  • the plastic housing composition 2 is applied to a circuit carrier 17.
  • the circuit carrier 17 is a wiring board which has external contacts 22 on its underside 21.
  • a semiconductor chip 3 is fixed with its rear side 5, while on the edge regions of the upper side 23 contact pads 24 are arranged, which communicate with a wiring structure of the wiring substrate.
  • the semiconductor chip 3 has 4 contact surfaces 25 on its active upper side.
  • the contact surfaces 25 are electrically connected via electrical connections 19 made of bonding wires 20 to the contact connection surfaces 24 of the circuit carrier 17. 1
  • an intermediate plate 6 As far as the active upper side 4 of the semiconductor chip 3 is not occupied by contact surfaces 25, it is covered by an intermediate plate 6.
  • This intermediate plate 6 is connected with its underside 12 via an adhesive layer 15 of a thickness w with the active upper side 4 of the semiconductor device 3.
  • the adhesive thickness w in this embodiment of the invention is 0.5 ⁇ m thick, so that a heat transfer with low heat transfer resistance from the semiconductor chip 3 to the intermediate plate 6 is ensured.
  • the intermediate plate 6 has a thickness d and is embedded with its edge sides 8, 9, 10 and 11 in the plastic compound 2 of the plastic housing 1.
  • the intermediate plate 6 has a top 7 with a top side fit 13.
  • the upper side fitting 13 has the shape of a spherical portion 14 having a spherical portion height h, with which the upper side fitting 13 protrudes beyond the upper surface 26 of the plastic housing 1.
  • This top-side fit in the form of a concave diffusing lens has the advantage that it can deliver the heat loss that arises on the active upper side 4 of the semiconductor component 3 during operation of the semiconductor component 3 like a scattering lens to the environment.
  • Figure 2 shows the semiconductor device of Figure 1 in a perspective sketch, under a shallower perspective angle.
  • Components having the same functions as in FIG. 1 are identified by the same reference numerals and will not be discussed separately.
  • the shallower perspective angle on the one hand, it becomes clear that the upper side fitting 13 is a Survey 18 on the top 26 of the plastic housing 1 also forms.
  • the external contacts 22 are arranged on the underside 21 of the circuit carrier 17 in rows and are evenly distributed on the underside 21. Such external contacts 22 may be connected via vias through the circuit carrier 17 to a wiring structure on the upper side of the circuit carrier 17, wherein the wiring structure is in communication with the contact pads.

Landscapes

  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil (16) mit einem Kunststoffgehäuse (1) und einem Halbleiterchip (3), wobei der Halbleiterchip eine aktive Oberseite (4) und eine Rückseite (5) aufweist. Auf der aktiven Oberseite (4) des Halbleiterchips (3) ist eine Zwischenplatte (6) mit ihrer Unterseite (12) angeordnet. Die Randseiten (8-11) der Zwischenplatte (6) sind teilweise in die Kunststoffgehäusemasse (2) des Kunststoffgehäuses (1) eingebettet, während die Oberseite (7) gleichzeitig die Oberseite des Halbleiterbauteils bildet. Auf der Oberseite (7) der Zwischenplatte (11) ist eine Oberseitenpassform (13) angeordnet, die einen vorgegebenen Krümmungsradius, der frei von Kunststoffgehäusemasse (2) ist, und eine konvexe oder konkave linsenförmige Kugelabschnittsform aufweist.

Description

Beschreibung
Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse, einem Halbleiterchip und einer Zwischenplatte sowie Verfahren zur Herstel- lung desselben
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse und einem Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei weist der Halbleiterchip eine aktive Oberseite und eine Rückseite auf. Ferner weist das
Halbleiterbauteil eine Zwischenplatte auf, die eine Oberseite, Randseiten und eine der Oberseite gegenüber liegend angeordnete Unterseite aufweist. Diese Unterseite der Zwischenplatte ist auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips fi- xiert.
Ein derartiges Halbleiterbauteil ist aus der Druckschrift US 4 004/0036172 Al bekannt. Das bekannte Halbleiterbauteil weist ein Bauteilgehäuse mit einer integrierten Schaltung auf, die ein Substrat umfasst, das sich gegenüber liegende
Oberseiten und Unterseiten aufweist. Ferner besitzt das Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip, der gegenüber liegend zu seiner aktiven Oberseite eine Rückseite aufweist. Der Halbleiterchip ist auf der Oberseite des Substrats derart mon- tiert, dass die Rückseite des Halbleiterchips dem Substrat zugewandt ist. Das Kunststoffgehäuse weist eine thermisch leitende Zwischenplatte auf, die auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist. Ein Kühlkörper ist auf der Zwischenplatte angeordnet, wobei der Kühlkörper mit sei- ner Oberseite aus dem Kunststoffgehäuse herausragt.
In diesem Fall bildet die Zwischenplatte eine thermische Kopplung zwischen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips und dem Kühlkörper. Die Funktion der Zwischenplatte ist somit in der obigen Druckschrift äußerst eingeschränkt. Sie kann weder als Zwischenverdrahtungsplatte eingesetzt werden noch als zusätzlicher Kühlkörper dienen.
Bekanntlich erzeugen Halbleiterchips Verlustwärme. Diese wird von dem Halbleiterchip über das Gehäuse abgeführt, so dass sich der Halbleiterchip nicht aufheizt und damit zerstört werden kann. Die Wärmeabfuhr geschieht wie im obigen Doku- ment, indem der Halbleiterchip über einen guten thermischen Leiter, wie einem Metall, einer Wärmesenke und/oder einem Kühlkörper in Verbindung gebracht wird. Das Verdrahtungssubstrat in Form einer Leiterplatte, auf dem das Gehäuse des Halbleiterbauteils befestigt ist, kann bereits als Wärmesenke dienen. In diesem Fall übernimmt die Kunststoffgehäusemasse die Funktion einer thermischen Verbindung zwischen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips und dem Verdrahtungssubstrat.
Ein weiterer Wärmepfad geht direkt durch den Halbleiterchip, sodass die Verlustwärme über die Rückseite des Halbleiterchips auf das Verdrahtungssubstrat übergeht. Dazu wird der Chip in der Regel mit seiner passiven Rückseite auf eine vorgesehene Chipkontaktfläche des Verdrahtungssubstrats mon- tiert. Bei Halbleiterbauteilen, die in BGA-Technik oder in flachleiterrahmenloser Technik aufgebaut sind, kann somit die Wärme hauptsächlich in Richtung einer Leiterplatte in Form des Verdrahtungssubstrats abgegeben werden. Mit der oben zitierten Druckschrift wird ein dritter Pfad zur Abführung von Verlustwärme ermöglicht, bei dem eine Zwischenplatte unmittelbar auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips angeordnet wird, die ihrerseits mit einem Kühlkörper wärmeleitend in Verbindung steht. Neben den bereits oben erwähnten Nachteilen, dass eine derartige Zwischenplatte nur eingeschränkt nutzbar ist, ergibt sich als weiterer Nachteil, dass eine Vielzahl von thermi- sehen Übergängen geschaffen werden muss, um die Verlustleistung von der aktiven Oberseite des Halbleiterchips über diesen dritten Wärmepfad an die Umgebung abzugeben. Durch die Vielzahl der Wärmeübergänge ist jedoch die Effektivität der Wärmeabfuhr mit den bekannten Mitteln beschränkt. Auch eine Funktion der Zwischenplatte als- Zwischenverdrahtungsträger, wie er für das Stapeln von Halbleiterbauteilen erforderlich ist, kann mit der aus der obigen Druckschrift bekannten Zwischenplatte, die auch „Interposer^ genannt wird, nicht erfüllt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse aus einer Kunststoffgehäusemasse anzugeben, das eine Zwischenplatte aufweist, die vielseitig in Halbleiterbauteilen eingesetzt werden kann, und mechanische und thermische Eigenschaften des Halbleiterbauteils verbessert und/oder ein sicheres Stapeln von Halbleiterbauteilen ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse aus einer Kunststoffgehäusemasse geschaffen, das einen Halbleiterchip aufweist, der eine aktive Oberseite und eine Rückseite besitzt. Auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips ist eine Zwischenplatte angeordnet, die eine O- berseite, Randseiten und eine der Oberseite gegenüber ange- ordnete Unterseite aufweist, welche auf dem Halbleiterchip fixiert ist. Dabei sind die Randseiten der Zwischenplatte mindestens teilweise in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet, während die Oberseite der Zwischenplatte eine konvexe oder konkave, linsenförmige Oberseitenpassform mit einem vorgegebenen Krümmungsradius aufweist, die frei von der Kunst- stoffmasse ist.
Dieses Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass mit der Ober- seitenpassform die Zwischenplatte und somit das gesamte
Kunststoffgehäuse an entsprechend vorgeformte übergeordnete Komponenten und Schaltungsträger, wie Kühlkörper, gestapelte Halbleiterbauteile und/oder Formgebungswerkzeuge, zentriert anpassbar ist. Ferner unterstützt die konvexe oder konkave Oberseitenpassform der Zwischenplatte den Zusammenbau des
Halbleiterbauteils. So kann in vorteilhafter Weise die konvexe oder konkave Oberseitenpassform beim Spritzgießen des Kunststoffgehäuses mit einer entsprechenden Aussparung in der Kavität des Spritzgusswerkzeugs in Eingriff gebracht werden, und damit sichergestellt werden, dass ein Halbleiterbauteilgehäuse in exakten Dimensionen relativ zu der Passform an die Komponenten des Halbleiterbauteils angespritzt wird. Dabei ist sowohl eine konkave linsenförmige Oberseitenpassform von Vorteil als auch eine konvexe linsenförmige Oberseitenpass- form möglich.
Bei einer linsenförmigen Oberseitenpassform weist die Zwischenplatte eine Dicke d auf und die Oberseitenpassform einen Kugelabschnitt mit einer Kugelabschnittshöhe h auf, wobei h < d ist. Mit dieser Bedingung wird gewährleistet, dass die konvexe Oberseitenpassform nicht die Zwischenplatte durchdringt und keine Durchgangsöffnung schafft. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zwischenplatte mit ihrer Oberseitenpassform aus der Kunststoffgehäusemasse herausragt und eine Erhebung ausbildet, welche die Form eines Kugelabschnitts mit einer Kugelabschnittshöhe h aufweist. In diesem Fall kann die Kugelabschnittshöhe h die Größe des Kugelradius erreichen, ohne dass die Funktionsfähigkeit der Zwischenplatte als Zentrierhilfe beeinträchtigt wird. Dient die Zwischenplatte als Kühlkörper, so hat eine konkave linsenförmige Oberseitenpassform den weiteren Vorteil, dass sie eine Streulinse, die sich o- berhalb des Kunststoffgehäuses ausbildet, aufweist. Die Wirkung einer derartigen Streulinse vergrößert den Wärmeabstrah- lungseffekt des Kühlkörpers, der von der Zwischenplatte gebildet wird.
Wird die Zwischenplatte als Kühlkörper eingesetzt, so kann sie auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips über eine Klebstoffschicht fixiert werden. Diese KlebstoffSchicht weist eine Dicke w mit w < 50 μm, vorzugsweise mit 0,5 μm ≤ w ≤ 5 μm auf. Das hat den Vorteil, dass die Klebstoffschicht äußerst dünn ist und somit den Wärmeübergangswiderstand von der verlustwärmereichen aktiven Oberseite des Halbleiterchips zu der Zwischenplatte gering bleibt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die
Zwischenplatte ein hoch wärmeleitendes Material auf. Ein derartiges Material ist vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Derartige hoch wärmeleitende Metalle sind für den Einsatz der Zwischenplatte als Kühlkörper sowie als Übergang zu einem externen Kühlkörper vorteilhaft geeignet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Zwischenplatte ein duktiles Material auf. Dieses duktile Ma- terial hat den Vorteil, dass sich beim Ausrichten von Halbleiterbauteilkomponenten mit Passformen die übergeordneten Strukturen durch plastisches Verformen anpassen lassen, ohne dass die Halbleiterbauteile dadurch belastet werde. Vielmehr verteilt das duktile Material der Zwischenplatte die auftretenden Verformungskräfte auf die Gesamtheit des Halbleiterbauteils.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Zwischenplatte zwar aus einem härteren Metall bzw. Material aufgebaut sein, jedoch weist die Oberseitenpassform eine Beschichtung aus einem duktilen Material, vorzugsweise aus Indium auf. Auch diese Beschichtung kann dafür sorgen, dass in vorteilhafter Weise sich die Oberseitenpassform einer entsprechenden Passform der übergeordneten Struktur ohne Ü- berlastung der Komponenten des Halbleiterbauteils anpassen kann.
Schließlich ist es möglich, dass die Zwischenplatte eine Zwi- schenverdrahtungsplatte eines Halbleiterbauteilstapels ist und eine Träger- oder Kernplatte aus polymerem Kunststoff aufweist, aus der auch die konvexe oder konkave linsenförmige Oberseitenpassform der Zwischenplatte gebildet ist. Zusätzlich weist eine derartige Zwischenverdrahtungsplatte eine Verdrahtungsstruktur mit Leiterbahnendurchkontakten und Kontaktanschlussflächen auf, die dem Zusammenbau bzw. dem Stapeln von Halbleiterbauteilen dienen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Moldform zur Herstellung des Halbleiterbauteils bereitgestellt. Dabei weist die Moldform eine Kavität auf, die eine an die Oberseitenpassform des Halbleiterbauteil ange- passte Moldpassform aufweist. Dieses hat den Vorteil, dass beim Schließen der Moldform das Ausrichten der Komponenten des Halbleiterbauteils erleichtert wird, ohne dass die Komponenten übermäßig belastet werden. Dazu ist der Krümmungsradius der Oberseitenpassform vor einem Spritzgießen in einer derartigen Moldform kleiner als der Krümmungsradius der MoId- passform. Dieses hat den Vorteil, dass sich die Halbleiterbauteilkomponenten mit einer darauf fixierten erfindungsgemäßen Zwischenplatte mit konvexer oder konkaver linsenförmiger Oberseitenpassform automatisch in der Moldpassform zentrie- ren. Aufgrund der duktilen Beschichtung mindestens im Bereich der Oberflächenpassform gleicht sich zusätzlich der Krümmungsradius der Oberflächenpassform beim Schließen der Moldform an den Krümmungsradius der Moldform an, so dass das nach dem Spritzgießen zu entnehmende Halbleiterbauteil eine Ober- seitenpassform mit einem Krümmungsradius aufweist, welcher dem Krümmungsradius der Moldpassform entspricht.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit einem Kunststoffgehäuse aus einer Kunststoffgehäusemasse und mit einem Halbleiterchip sowie mit einer Zwischenplatte weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird eine Moldform mit einer Kavität hergestellt, welche eine Moldpassform aufweist, wobei die Moldpassform einer Oberseitenpassform der Zwischenplatte angepasst wird. Ferner wird eine Zwi- schenplatte mit einer Oberseite hergestellt, welche eine konvexe oder konkave Oberseitenpassform mit einem geringeren Krümmungsradius als die Moldpassform aufweist. Darüber hinaus wird ein Halbleiterchip hergestellt, der eine aktive Oberseite und eine Rückseite aufweist. Schließlich wird noch ein Schaltungsträger hergestellt, auf dem nun der Halbleiterchip und die Zwischenplatte in der Weise fixiert werden, dass zunächst der Halbleiterchip mit seiner Rückseite auf den Schaltungsträger aufgebracht wird. Danach werden elektrische Ver- bindungen zwischen Schaltungsträger und Halbleiterchip hergestellt.
Danach folgt das Aufbringen der Zwischenplatte mit ihrer Un- terseite auf die aktive Oberseite des Halbleiterchips.
Schließlich wird der Schaltungsträger in die vorgeformte und vorbereitete Moldform unter plastischer Verformung der Oberseitenpassform und unter Anpassung der Krümmungsradien von Moldpassforna und Oberseitenpassform an die Moldform erreicht. Dann kann das Spritzgießen des Kunststoffgehäuses erfolgen und nach dem Spritzgießen kann schließlich das Halbleiterbauteil aus der Spritzgußform entnommen werden.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass Abweichungen von einem planparallelen gestapelten Aufbau aus Schaltungsträger, Halbleiterchip und Zwischenplatte durch die Oberflächenpassform ausgeglichen werden kann, ohne dass beim Zusammenbau der Moldform mechanisch lokale Spitzenkräfte auftreten, die den Halbleiterchip und/oder den Schaltungsträger gefährden. Die- ses gilt besonders für gedünnte Halbleiterchips, bei denen es erforderlich ist, dass Andruckkräfte möglichst gleichmäßig auf den gedünnten Halbleiterchip beim Zusammenfahren der Moldform verteilt werden. Darüber hinaus hat das obige Verfahren den weiteren Vorteil, dass die Zwischenplatte ein duk- tiles Material, insbesondere im Bereich der Oberseitenpassform aufweist. Das duktile Material kann sich durch plastische Verformung nicht nur an den Krümmungsradius der Moldform anpassen, sondern verteilt auch damit gleichzeitig die Ausrichtkräfte gleichmäßig auf die gesamte aktive Oberseite des Halbleiterchips, womit die Bruchgefahr beim Spritzgießen derartiger gedünnter Halbleiterchips vermindert wird. Weiterhin wird durch die plastische Verformung der Oberseitenpassform eine innige Abdichtung zwischen Moldpassform und Oberseiten- passform erreicht, sodass in vorteilhafter Weise die Oberseitenpassform frei von Kunststoffrückständen bleibt.
Mit einem weiteren Aspekt des Verfahrens zur Herstellung der- artiger Halbleiterbauteile wird zunächst ein Nutzen mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterbauteilpositionen hergestellt, wobei die einzelnen Herstellungsschritte für mehrere Halbleiterbauteile den Herstellungsschritten des oben erläuterten Verfahrens entsprechen, sich jedoch auf eine Vielzahl der Halbleiterbauteilpositionen beziehen. Beim Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse wird jedoch abweichend von dem obigen Verfahren ein gemeinsamer Schaltungsträger, der die Halbleiterbauteilpositionen aufweist, zu einer Verbundplatte mit einer Kunststoffgehäusemasse vergossen. Diese Ver- bundplatte wird schließlich in einzelne Halbleiterbauteile getrennt.
Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass die Herstellungskosten vermindert werden und viele der notwendigen Schritte gleichzeitig auf einem gemeinsamen Schaltungsträger durchgeführt werden können. Außerdem ergeben sich Vorteile dahingehend, dass noch auf dem Schaltungsträger die Funktionsfähigkeit der einzelnen Halbleiterbauteile vor dem Vergießen mit einer Kunststoffgehäusemasse getestet werden können.
In einem bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird zum Herstellen der Moldform ein Metall mit größerer Härte eingesetzt als das Material der Zwischenplatte. Diese größere Härte gewährleistet und sichert, dass die Moldpassform mit ihrem etwas größeren Krümmungsradius auf die Oberseitenpassform des Halbleiterbauteils unter plastischer Verformung beim Schließen der Moldform übertragen wird. Zum Herstellen der Zwischenplatte mit einer Oberseite, die eine konvexe Oberseitenpassform aus duktilem Material aufweist, wird zunächst eine Metallplatte oder eine Kernplatte aus Kunststoff bereitgestellt, in die linsenförmige Vertie- fungen eingebracht werden, welche anschließend mit einem duktilen Material beschichtet werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nicht von vornherein die gesamte Zwischenplatte aus einem duktilen Material herzu- stellen ist, um zu gewährleisten, dass sich die Oberseitenpassform an die Moldform anpasst. Es kann vielmehr die Zwischenplatte an ihre Funktion, beispielsweise als Kühlkörper oder als Zwischenverdrahtungsträger, entsprechend angepasste Materialien aufweisen und erst durch die Beschichtung der O- berflächenpassform mit einem duktilen Material können die weiteren Vorteile dieses Verfahrens insbesondere beim Spritzgießen des Gehäuses in einer angepassten Moldform genutzt werden.
Eine weiter bevorzugte Variante des Verfahrens besteht darin, dass zum Herstellen der Zwischenplatte mit einer Oberseite, die eine konkave Oberseitenpassform aus duktilem Material aufweist, zunächst eine Metallplatte oder eine Kernplatte aus Kunststoff bereitgestellt wird, auf die linsenförmige Erhe- bungen aus duktilem Material aufgebracht werden. Diese linsenförmigen Erhebungen können durch entsprechende Prägetechnik auf einer Grundplatte hergestellt werden, wobei anschließend die Grundplatte zu entsprechenden Zwischenplatten aufgetrennt wird.
Eine derartige Prägetechnik ist auch von Vorteil, wenn Zwischenplatten mit einer konvexen Aussparung herzustellen sind. Auch hier werden zunächst in die Grundplatte die konvexen O- berflächenpassformen eingebracht und anschließend die Grundplatte in einzelne Zwischenplatten aufgetrennt.
Zum Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen Schaltungs- träger und Halbleiterchip werden vorzugsweise Bonddrähte zwischen entsprechenden Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips und Kontaktanschlussflächen auf der Oberseite des Schaltungsträgers angebracht.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile:
1. Ein möglicher TiIt des Halbleiterchips und/oder der Zwischenplatte zur Rechtwinkligkeit des Moldwerkzeugs wird durch die gerundeten Flächen der Moldpassform und der Oberseitenpassform aufgenommen ohne weitere Druckspitzen in den Halbleiterchip einzuleiten. Damit wird insbesondere die Bruchgefahr gedünnter Halbleiterchips vermindert.
2. Die vorhandenen Unterschiede in Z-Richtung, d.h. verti- kal zu der Oberseite des Halbleiterbauteils zwischen
Moldwerkzeug und dem Halbleiterchipaufbau aus Schaltungsträger, Halbleiterchip und Zwischenplatte werden durch das duktile Material, das für eine Beschichtung der Oberseitenpassform oder für die gesamte Zwischen- ■ platte eingesetzt wird, durch plastische Verformung aufgenommen, wodurch an der Berührungslinie des Krümmungsradius der Oberflächenpassform die Oberfläche bei dieser Berührung eingedrückt wird.
3. An der Oberseite des Gehäuses liegt eine metallische O- berfläche frei, die bei Einsatz der Zwischenplatte als
Kühlkörper Wärme insbesondere durch eine Streulinsenfunktion abstrahlen kann. Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Skizze ei- nes Halbleiterbauteils gemäß der Erfindung;
Figur 2 zeigt das Halbleiterbauteil der Figur 1 in einer schematischen perspektivischen Skizze in einem flacheren perspektivischen Winkel.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Skizze des Halbleiterbauteils 16 gemäß der Erfindung. Das Halbleiterbauteil 16 weist ein Halbleitergehäuse 1 aus einer Kunststoffge- häusemasse 2 auf, deren äußere Kontur in dieser Prinzipskizze mit gestrichelten Linien dargestellt ist, um zu ermöglichen, die in der an sich nicht durchsichtigen Kunststoffgehäusemas- se 2 abgeordneten Komponenten des Halbleiterbauteils zu zeigen. Die Kunststoffgehäusemasse 2 ist auf einen Schaltungsträger 17 aufgebracht. Der Schaltungsträger 17 ist eine Ver- drahtungsplatte, die auf ihrer Unterseite 21 Außenkontakte 22 aufweist. Im Zentrum der Oberseite 23 des Schaltungsträgers 17 ist ein Halbleiterchip 3 mit seiner Rückseite 5 fixiert, während auf den Randbereichen der Oberseite 23 Kontaktanschlussflächen 24 angeordnet sind, die mit einer Verdrah- tungsstruktur des Verdrahtungssubstrats in Verbindung stehen.
Der Halbleiterchip 3 weist auf seiner aktiven Oberseite 4 Kontaktflächen 25 auf. Die Kontaktflächen 25 sind über elektrische Verbindungen 19 aus Bonddrähten 20 mit den Kontaktan- schlussflächen 24 des Schaltungsträgers 17 elektrisch verbunden. 1
Soweit die aktive Oberseite 4 des Halbleiterchips 3 nicht von Kontaktflächen 25 belegt ist, wird sie von einer Zwischenplatte 6 abgedeckt. Diese Zwischenplatte 6 ist mit ihrer Unterseite 12 über eine Klebstoffschicht 15 einer Dicke w mit der aktiven Oberseite 4 des Halbleiterbauteils 3 verbunden. Die Klebstoffdicke w ist in dieser Ausführungsform der Erfindung 0,5 μm dick, so dass ein Wärmeübergang mit geringem Wärmeübergangswiderstand von dem Halbleiterchip 3 zu der Zwischenplatte 6 gewährleistet ist. Die Zwischenplatte 6 weist eine Dicke d auf und ist mit ihren Randseiten 8, 9, 10 und 11 in die Kunststoffmasse 2 des Kunststoffgehäuses 1 eingebettet. Außerdem weist die Zwischenplatte 6 eine Oberseite 7 mit einer Oberseitenpassform 13 auf.
Die Oberseitenpassform 13 hat die Form eines Kugelabschnitts 14 mit einer Kugelabschnittshöhe h, mit der die Oberseitenpassform 13 über die Oberseite 26 des Kunststoffgehäuses 1 hinausragt. Diese Oberseitenpassform in Form einer konkaven Streulinse hat den Vorteil, dass sie die Verlustwärme, die auf der aktiven Oberseite 4 des Halbleiterbauteils 3 beim Betrieb des Halbleiterbauteils 3 entsteht, wie eine Streulinse an die Umgebung abgeben kann.
Weitere Vorteile und Details zur Struktur der Oberseitenpass- form 13 wurden bereits diskutiert und werden zur Vermeidung von Wiederholungen hier nicht noch einmal aufgeführt.
Figur 2 zeigt das Halbleiterbauteil der Figur 1 in einer perspektivischen Skizze, unter einem flacheren perspektivischen Winkel. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in Figur 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Mit dem flacheren perspektivischen Winkel wird einerseits deutlich, dass die Oberseitenpassform 13 eine Erhebung 18 über die Oberseite 26 des Kunststoffgehäuses 1 hinaus ausbildet. Ferner wird mit dem flacheren Winkel dargestellt, dass die Außenkontakte 22 auf der Unterseite 21 des Schaltungsträgers 17 in Reihen angeordnet sind und gleichmä- ßig auf die Unterseite 21 verteilt sind. Derartige Außenkontakte 22 können über Durchkontakte durch den Schaltungsträger 17 mit einer Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Schaltungsträgers 17 verbunden sein, wobei die Verdrahtungsstruktur mit den Kontaktanschlussflächen in Verbindung steht.

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse (1) aus einer Kunststoffgehäusemasse (2), mit einem Halbleiter- chip (3), der eine aktive Oberseite (4) und eine Rückseite (5) aufweist und mit einer Zwischenplatte (6), die eine Oberseite (7), Randseiten (8 - 11) und eine der O- berseite (7) gegenüber angeordnete Unterseite (12) aufweist, wobei die Unterseite (12) der Zwischenplatte (6) auf der aktiven Oberseite (4) des Halbleiterchips (3) fixiert ist, die Randseiten (8 - 11) mindestens teilweise .in die Kunststoffgehäusemasse (2) eingebettet sind und die Oberseite (7) der Zwischenplatte (6) eine konvexe oder konkave linsenförmige Oberseitenpassform (13) mit einem vorgegebenen Krümmungsradius aufweist, die frei von der Kunststoffgehäusemasse (2) ist.
2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (6) eine Dicke d aufweist und die
Oberseitenpassform (13) die Form eines Kugelabschnitts (14) mit einer Kugelabschnittshöhe h aufweist und wobei h < d ist.
3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (6) mit ihrer Oberseitenpassform (13) aus der Kunststoffgehäusemasse (2) herausragt.
4. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (6) eine Zwischenverdrahtungsplatte eines Halbleiterchipstapels ist und eine Kernplatte aus einem polymeren Kunststoff aufweist, die eine Verdrahtungsstruktur mit Leiterbahnen aufweist.
5. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (6) ein duktiles Metall, vorzugsweise Indium aufweist.
6. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (6) ein wärmeleitendes Metall, vor- zugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung und der Bereich der Oberseitenpassform (13) eine Beschichtung aus einem duktilen Metall, vorzugsweise Indium aufweist.
7. Halbleiterbauteil, nach Anspruch 1, 2, 3, oder 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet , dass die Zwischenplatte (6) ein Kühlkörper ist.
8. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen der Unterseite (12), der Zwischenplatte (6) und der aktiven Oberseite (4) des Halbleiterchips (3) eine Klebstoffschicht (15) angeordnet ist.
9. Halbleiterbauteil nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet , dass die Klebstoffschicht (15) eine Dicke w mit w < 50 μm, vorzugsweise mit 0,5 μm ≤ w ≤ 5 μm aufweist.
10. Moldform zur Herstellung eines Halbleiterbauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Moldform eine Kavität aufweist, die eine an die
Oberseitenpassform (13) des Halbleiterbauteils (16) an- gepasste Moldpassform aufweist.
11. Moldform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass der Krümmungsradius der Oberseitenpassform (13) vor einem Spritzgießen kleiner ist als der Krümmungsradius der Moldpassform.
12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (16) mit einem Kunststoffgehäuse (1) aus einer Kunststoffgehäusemasse (2), mit einem Halbleiterchip (3), und mit einer Zwischenplatte (6), wobei die Zwischenplatte (6) auf einer aktiven Oberseite (4) des Halbleiterchips (3) fixiert ist und die Oberseite (7) der Zwischenplatte (6) eine konvexe oder konkave Oberseitenpassform (13) aufweist, die frei von der Kunststoffgehäusemasse (2) ist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: - Herstellen einer Moldform mit einer Kavität, welche eine Moldpassform aufweist, wobei die Moldpassform der Oberseitenpassform (13) der Zwischenplatte (6) angepasst wird,
Herstellen einer Zwischenplatte (6) mit einer Ober- seite (7), welche die konvexe oder konkave Oberseitenpassform (13) mit einem geringeren Krümmungsradius als die Moldpassform aufweist, - Herstellen eines Halbleiterchips (3) mit einer aktiven Oberseite (4) und einer Rückseite (5),
- Herstellen eines Schaltungsträgers (17), Aufbringen des Halbleiterchips (3) mit seiner Rück- seite auf den Schaltungsträger (17) ,
Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen Schaltungsträger (17) und Halbleiterchip (3),
- Aufbringen der Zwischenplatte (6) mit ihrer Unterseite (12) auf die aktive Oberseite (4) des HaIb- leiterchips (3) ,
- Einbringen des Schaltungsträgers (17) 'in die MoId- form unter plastischer Verformung der Oberseitenpassform (13) und ihrer Anpassung an die Moldform, Spritzgießen des Kunststoffgehäuses (1), - Entnehmen des Halbleiterbauteils (16) aus der Spritzgussform.
13. Verfahren zur Herstellung eines Nutzens mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterbauteilpositionen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Herstellen vom mehreren Halbleiterbauteilen (16) nach Anspruch 12 unter einer gemeinsamen Kunststoffgehäusemasse (2) auf einem gemeinsamen Schal- tungsträger (17) zu einer Verbundplatte,
- Trennen der Verbundplatte in einzelne Halbleiterbauteile (16) .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass zum Herstellen der Moldform ein Metall mit größerer Härte eingesetzt wird als das Material der Zwischenplatte (6) .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass zum Herstellen der Zwischenplatte (6) mit einer Obersei- te (7), die eine konvexe Oberseitenpassform (13) aus duktilem Material aufweist, zunächst eine Metallplatte oder eine Kernplatte aus Kunststoff bereitgestellt wird, in die linsenförmige Vertiefungen eingebracht werden, welche anschließend mit einem duktilem Material be- schichtet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass zum Herstellen der Zwischenplatte (6) mit einer Obersei- te (7) , die eine konkave Oberseitenpassform (13) aus duktilem Material aufweist, zunächst eine Metallplatte oder eine Kernplatte aus Kunststoff bereitgestellt wird, auf die linsenförmige Erhebungen (18) aus duktilen Material aufgebracht werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet , dass zum Herstellen elektrischer Verbindungen (19) zwischen Schaltungsträger (17) und Halbleiterchip (3) Bonddrähte (20) zwischen Kontaktflächen des Halbleiterchips und
Kontaktanschlussflächen des Schaltungsträgers (17) angebracht werden.
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