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Die
Erfindung betrifft einen Halbleiterleistungsbauteilstapel in Flachleitertechnik
mit oberflächenmontierbaren
Außenkontaktflächen und
ein Verfahren zur Herstellung desselben. Oberflächenmontierbare Halbleiterleistungsbauteile
werden in der Patentanmeldung
DE
10 2005 011 159.3 beschrieben. Derartige oberflächenmontierbare
Leistungsbauteile weisen auf ihrer Unterseite einen großflächigen Drainkontakt
und zwei großflächige Sourcekontakte sowie
einen kleinflächigen
Gatekontakt und auf der Oberseite einen großflächigen Source-Kontakt auf.
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Diese
oberflächenmontierbaren
Leistungshalbleiterbauteile sind dennoch nicht stapelbar, da weder
die Geometrie der Oberflächenkontakte
für Source,
Drain und Gate aufeinander abgestimmt sind, noch auf der Oberseite
ein stapelbarer Gatekontakt vorhanden ist. Somit müssen derartige
Leistungshalbleiterbauteile zur Sperrspannungserhöhung nebeneinander
in Serie auf einer übergeordneten
Schaltungsplatine montiert werden, wodurch ein erheblicher Flächenbedarf
auf der Schaltungsplatine erforderlich ist. Auch eine Parallelschaltung
derartiger MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile auf einer übergeordneten
Schaltungsplatine erfordert ebenfalls ein nebeneinander Anordnen
derartiger MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile, die dann über ihre oberflächenmontierbaren
Außenkontakte
mit Hilfe der oberflächenbestückbaren
Schaltungsplatine parallel geschaltet werden können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, den Flächenbedarf
von Serienschaltungen und Parallelschaltungen von MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen
mit oberflächenmontierbaren
Außenkontakten
zu verringern, um eine höhere
Packungsdichte auf den übergeordneten
Schaltungsplatinen zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Halbleiterleistungsbauteilstapel in Flachleitertechnik mit oberflächenmontierbaren
Außenkontaktflächen geschaffen, wobei
der Halbleiterleistungsbauteilstapel mindestens zwei MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
aufweist, die jeweils eine Oberseite und eine Unterseite besitzen.
Dazu weist die Unterseite eine Drainaußenkontaktfläche, eine
Sourceaußenkontaktfläche und eine
Gateaußenkontaktfläche auf.
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Die
Oberseiten der gestapelten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile weisen
mindestens eine Sourceaußenkontaktfläche und
eine Gateaußenkontaktfläche auf,
wobei die Gateaußenkontaktflächen auf
der Oberseite und auf der Unterseite elektrisch miteinander in Verbindung
stehen. Auch die Sourceaußenkontaktflächen auf
der Oberseite und auf der Unterseite stehen elektrisch miteinander in
Verbindung. Derartige MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
werden zu einem Leistungshalbleiterbauteilstapel in Serienschaltung
oder in Parallelschaltung übereinander
angeordnet, so dass eine höhere Schaltungsdichte
für ein übergeordnetes
Schaltungssubstrat erreicht werden kann.
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Ein
derartiger Halbleiterleistungsbauteilstapel hat nicht nur den Vorteil
eines geringeren Flächenbedarfs,
sondern auch den Vorteil einer höheren Zuverlässigkeit
der in dieser Form aufgebauten Serien- und Parallelschaltungen,
zumal zwischen den MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen keine Verbindungsleitungen
entlang einer Schaltungsplatine gelegt werden müssen.
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Dieses
vereinfacht auch das Design der übergeordneten
Schaltungsplatine, so dass eine Komprimierung der Leistungsdichte
erreicht werden kann.
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Durch
die Nutzung der elektrischen Gatekontaktstellen an der Oberseite
und auf der Unterseite des Gehäuses
ist eine Steigerung der dreidimensionalen Montage für Serien-
und Parallel-Schaltungen aufeinandergestapelten Gehäuse möglich. Damit wird
die Erhöhung
einer Integrationsdichte bei gleichbleibendem Grundriss möglich, das
heißt,
ein komplexerer Halbleiterbauteilaufbau mit nebeneinander angeordneten
Leistungshalbleiterbauteilen auf einer übergeordneten Schaltungsplatine
ist nicht mehr notwendig. Gleichzeitig werden verbesserte elektrische Eigenschaften
erreicht, zumal die Verbindungsleitungen für Serien- und Parallelschaltungen
auf einer übergeordneten
Schaltungsplatine entfallen.
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Mit
einer gestapelten Serienschaltung kann die Steigerung der elektrischen
Sperrfähigkeit
erreicht werden, wobei hier der Sourceaußenkontakt des einen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
mit dem Drainaußenkontakt
des anderen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils verbunden wird. Dazu
können die
Bauteile aufeinander gelötet
werden, oder aufeinander geklemmt werden. Eine Parallelschaltung dient
zur Reduzierung der elektrischen Verluste, wobei hier entweder die
beiden Source- oder auch die beiden Drainaußenkontakte der gestapelten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
miteinander verbunden werden.
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Während bei
der Serienschaltung beliebig viele MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
mit oberflächenmontierbaren
Außenkontakten
auf ihren Oberseiten und Unterseiten aufeinander gestapelt werden
können,
müssen
bei einer Parallelschaltung von zwei oder mehr MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen
auf einem Stapel Zwischenkontakte in Zwischenebenen eingefügt werden.
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Bei
einer Serienschaltung übereinander
angeordneter MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile weisen
diese auf ihrer Unterseite mindestens eine Drainaußenkontaktfläche und
eine Gateaußenkontaktfläche und
auf ihrer Oberseite mindestens eine Sourceaußenkontaktfläche und
eine Gateaußenkontaktfläche auf.
Auf der Zwischenebene des Halbleiterleistungsbauteilstapels wird
die Sourceaußenkontaktfläche des
unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils mit der Drainaußenkontaktfläche des
oberen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils oberflächenmontiert, und die Gateaußenkontaktflächen beider gestapelter
MOSFETs werden elektrisch miteinander verbunden. Dabei kann die
Sourceaußenkontaktfläche auf
der Unterseite des oberen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils, die
nicht für
die Serienschaltung benötigt
wird, durch eine Isolationsfolie geschützt werden. Durch diesen Leistungshalbleiterbauteilstapel
wird die Sperrfähigkeit
zwischen der unteren Sourceelektrode des untersten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
und der Drainelektrode des obersten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
in vorteilhafter Weise praktisch verdoppelt.
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Solange
jedoch nur zwei Elektrodenflächen in
der Zwischenebene aufeinander stapelbar sind und nicht alle drei
Elektroden eines MOSFET-Leistungshalbleitertransistors in der Zwischenebene
zur Verfügung
stehen, so lange muss entweder die Sourceelektrode und/oder die
Drainelektrode von der Oberseite auf die Ebene der übergeordneten
Schaltungsplatine zurückgeführt werden,
was durch ein entsprechendes Leitungsband erfolgen kann. Mit Hilfe
eines solchen Leitungsbandes wird die oberste Elektrode, die nicht
in der Zwischenebene zur Verfügung
steht, über
das Leitungsband mit einer entsprechenden Kontaktanschlussfläche der übergeordneten
Schaltungsplatine elektrisch verbunden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einer Parallelschaltung übereinander
angeordneter MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile die Unterseite und die
Oberseite entweder beide eine Drainaußenkontaktfläche oder
beide eine Sourceaußenkontaktfläche und
jeweils eine Gateaußenkontaktfläche aufweisen.
Dabei sind auf der Zwischenebene des Halbleiterleistungsbauteilstapels
zwei Sourceaußenkontaktflächen oder
zwei Drainaußenkontaktflächen, sowie
zwei Gateaußenkontaktflächen des
unteren und des oberen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils miteinander
elektrisch verbunden. Auch bei diesem Leistungshalbleiterbauteilstapel
ist ein Leitungsband auf der Oberseite des Leistungshalbleiterbauteilstapels
erforderlich, wenn auf der Zwischenebene lediglich zwei der drei
oberflächenmontierbare
Elektroden eines MOSFET-Leistungstransistors vorgesehen sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist eine Flachleiter-Chipinsel die Drainaußenkontaktfläche auf,
auf der ein Rückseiten-Chipkontakt
eines Leistungshalbleiterbauteilchips angeordnet ist, und stoffschlüssig mit
der Flachleiter-Chipinsel verbunden ist. Dieser Aufbau hat den Vorteil,
dass die Flachleiter-Chipinsel praktisch gleichzeitig den oberflächenmontierbaren
Drainaußenkontakt
darstellt.
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Weiterhin
ist es vorgesehen, dass eine Flachleiter-Gateelektrode die Gateaußenkontaktfläche auf
der Unterseite aufweist, wobei auf der Flachleiter-Gateelektrode
stoffschlüssig
ein Gatedurchkontaktelement angeordnet ist, das auf seiner Oberseite
die Gateaußenkontaktfläche der
Oberseite eines MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
aufweist. Durch dieses Gatedurchkontaktelement wird erreicht, dass
sowohl auf der Unterseite des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils,
als auch auf der Oberseite des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils eine
Gateaußenkontaktfläche jeweils
zur Verfügung steht.
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Weiterhin
ist es vorgesehen, dass eine Flachleiter-Sourceelektrode die Sourceaußenkontaktfläche auf
der Unterseite aufweist, wobei auf der Flachleiter-Sourceelektrode
stoffschlüssig
ein Source-Durchkontaktelement angeordnet ist, das auf seiner Oberseite
die Sourceaußenkontaktfläche der Oberseite
des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils aufweist. Dadurch wird in
vorteilhafter Weise gewährleistet,
dass sowohl auf der Unterseite des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils,
als auf der Oberseite des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils jeweils eine
Sourceaußenkontaktfläche zur
Verfügung
steht. Das Sourcedurchkontaktelement ist dementsprechend geformt.
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Als
stoffschlüssige
Verbindung weist das MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung eine leitfähige Klebstoffverbindung
auf. Ferner kann das MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil als stoffschlüssige Verbindung
eine eutektische Lötverbindung
aufweisen. Schließlich
ist es auch möglich,
als stoffschlüssige
Verbindung eine Diffusionslötverbindung
einzusetzen und darüber
hinaus besteht die Möglichkeit, als
stoffschlüssige
Verbindung eine leitende Klebstofffolie einzusetzen. Ferner können auch
Lotpastenverbindungen für
die stoffschlüssige
Verbindung inner halb des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils verwendet
werden. Demnach ist die stoffschlüssige Verbindung eine optimierbare
Möglichkeit,
beispielsweise das Gatedurchgangselement auf der Flachleiter-Gateelektrode
zu fixieren.
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Auch
stehen die obigen stoffschlüssigen
Verbindungsmöglichkeiten
zur Verfügung,
um beispielsweise den Leistungshalbleiterchip mit seiner Drainelektrode
auf der Flachleiter-Chipinsel
zu fixieren und schließlich
kann das Sourcedurchkontaktelement auf der Sourceelektrode des Leistungshalbleiterchips stoffschlüssig mit
den oben erwähnten
Möglichkeiten in
vorteilhafter Weise fixiert werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Leistungshalbleiterchip in dem MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil
derart angeordnet, dass die Rückseiten-Chipelektrode über die
Flachleiter-Chipinsel frei zugänglich
ist. Durch diese freie Zugänglichkeit
bildet praktisch die Flachleiter-Chipinsel die Drainaußenkontaktfläche des
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils. Darüber hinaus kann die Rückseiten-Chipelektrode
des Leistungshalbleiterchips einen Metallblock aufweisen, welcher
in einer flächigen
Erstreckung der Rückseiten-Chipelektrode angepasst
ist und als Wärmesenke
dient. Dabei ist eine Fläche
des Metallblockes von außen
zugänglich,
und bildet die auf der Unterseite befindliche Drainaußenkontaktfläche des
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils. Durch den Metallblock, der gleichzeitig als
Wärmesenke
dient, wird darüber
hinaus gewährleistet,
dass die Verlustleistung sicher und zuverlässig von dem Gehäuse des
Halbleiterleistungsbauteilstapels abgeleitet wird.
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Ein
Verfahren zur Herstellung mehrerer MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
in Flachleitertechnik mit einem Leistungshalb leiterchip und anschließendem Stapeln
zu seriell- oder parallelgeschalteten Halbleiterleistungsbauteilstapeln
weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
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Zunächst werden
einzelne Leistungshalbleiterchips mit einer gemeinsamen großflächigen Sourceelektrode
und einer gemeinsamen Gateelektrode von MOSFET-Strukturen auf der
Oberseite des Leistungshalbleiterchips und mit einer großflächigen Rückseitenelektrode
als Drainelektrode des Leistungshalbleiterchips hergestellt, wobei
die flächige Erstreckung
der Drainelektrode der Größe der Rückseite
des Leistungshalbleiterchips entspricht. Ferner wird ein Flachleiterrahmen
mit einer Flachleiter-Chipinsel, mindestens einer Flachleiter-Sourceelektrode und
mindestens einer Flachleiter-Gateelektrode in mehreren Leistungshalbleiterbauteilpositionen
bereitgestellt. Anschließend
werden stoffschlüssig
die Drainelektroden der Leistungshalbleiterchips mit Flachleiter-Chipinseln
des Flachleiterrahmens verbunden. Daraufhin erfolgt ein stoffschlüssiges Verbinden
eines Gatedurchkontaktelements, das eine Gateaußenkontaktfläche für die Oberseite
des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
aufweist, mit der Flachleiter-Gateelektrode
des Flachleiterrahmens und der Gateelektrode auf der Oberseite des
Leistungshalbleiterbauteilchips stoffschlüssig und elektrisch leitend
verbunden.
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Nach
dieser Montage des Gatedurchkontaktelementes steht nun eine Gateaußenkontaktfläche sowohl
auf der Unterseite, als auch auf der Oberseite des künftigen
Leistungshalbleiterbauteils in jeder der Leistungshalbleiterbauteilpositionen
des Flachleiterrahmens zur Verfügung.
Danach oder vorher wird stoffschlüssig ein Sourcedurchkontaktelement,
das die Sourceaußenkontaktfläche der
Oberseite des jeweiligen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
aufweist, mit der Flachleiter- Sourceelektrode
des Flachleiterrahmens und der Sourceelektrode des Leistungshalbleiterchips
verbunden. Damit steht auch eine Sourcekontaktfläche sowohl auf der Unterseite des
künftigen
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils, als auch auf der Oberseite des
künftigen
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils zur Verfügung. Anschließend werden
die bisher zusammengebauten Komponenten der MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
des Flachleiterrahmens in eine Kunststoffgehäusemasse, unter Freilassen
der Source- und Gateaußenkontaktflächen auf
der Oberseite und der Drain-, Source- und Gateaußenkontaktflächen auf
der Unterseite des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen
des Flachleiterrahmens verpackt. Anschließend können jeweils mindestens zwei
der MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile zu seriell- oder parallelgeschalteten Halbleiterleistungsbauteilstapeln
unter stoffschlüssiger
Oberflächenmontage
der entsprechenden Außenkontaktflächen der
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile aufeinander gestapelt werden.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, dass es ausgehend von der Herstellung
mehrerer MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile auf einem gemeinsamen
Flachleiterrahmen nach dem Auftrennen des Flachleiterrahmens in
einzelne MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile, nun eine Möglichkeit
liefert, sowohl seriell, als auch parallel derartige MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile
aufeinander zu stapeln, um dadurch eine höhere Leistungsdichte und einen
geringeren Flächenbedarf
zu erreichen. Für das
stoffschlüssige
Verbinden der Außenkontaktflächen der
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteile übereinander
kann ein Klebeverfahren mit einem Leitkleber eingesetzt werden,
oder ein Diffusionslötverfahren
verwendet werden. Ferner können
eutektische Lote zum Einsatz kommen, oder auch Lotverbindungen mit
Hilfe von Metallpasten durchgeführt
werden. Zum Verpacken des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils in
eine Kunststoffgehäusemasse
wird vorzugsweise ein Spritzgussverfahren eingesetzt.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische, aufgeklappte, perspektivische Ansicht von zwei
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen für einen seriell geschalteten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel;
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2 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines seriell geschalteten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels;
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3 zeigt
eine schematische, aufgeklappte, perspektivische Ansicht von zwei
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen für einen parallel geschalteten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel;
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4 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines parallel geschalteten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels;
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5 bis 11 zeigen
schematische, perspektivische Ansichten von Komponenten eines MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung für
einen Halbleiterleistungsbauteilstapel, gemäß 2 oder 4;
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5 zeigt
eine schematische, perspektivische Struktur von Flachleiter-Außenkontakten
des MOSFET-Lei stungshalbleiterbauteils eines Flachleiter-Montagestreifens;
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6 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 5,
nach Aufbringen eines Leistungshalbleiterbauteilchips;
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7 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 6,
nach Aufbringen eines Source-Durchkontaktelementes;
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8 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 7,
nach Aufbringen eines Gate-Durchkontaktelementes;
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9 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht nach Einbetten der Struktur,
gemäß 8,
in eine Kunststoffgehäusemasse;
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10 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Oberseite des fertiggestellten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils für einen Halbleiterleistungsbauteilstapel;
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11 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Unterseite des fertiggestellten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
für einen
Halbleiterleistungsbauteilstapel;
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12 bis 16 zeigen
schematische, perspektivische Ansichten von Komponenten eines MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils,
einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung, für
einen Leistungshalbleiterbauteilstapel gemäß 2 oder 4;
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12 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Struktur von Außenkontakten
des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
eines Flachleiter-Montagestreifens;
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13 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Struktur gemäß 12 mit
einem aufgebrachten Leistungshalbleiterchip;
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14 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 13,
mit einem aufgebrachten Source-Durchkontaktelement und einem Gate-Durchkontaktelement;
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15 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Oberseite des fertiggestellten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils für einen Leistungshalbleiterbauteilstapel;
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16 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Unterseite des fertiggestellten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils
für einen
Leistungshalbleiterbauteilstapel.
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1 zeigt
eine schematische, aufgeklappte, perspektivische Ansicht von zwei
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen 2 und 3, für einen
seriell geschalteten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel 1,
der in 2 gezeigt wird. In dieser aufgeklappten, perspektivischen
Ansicht ist die Zwischenebene 14 zwischen dem unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil 2 und
dem oberen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil 3 mit seiner
Oberseite 6 und seiner Unterseite 7 zu sehen.
Um einen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel zu bilden, wird
eine Drainaußenkontaktfläche 8 auf
der Oberseite 4 des unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 mit
einer Sourceaußenkontaktfläche 11 des
oberen MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 3, die hier im
aufgeklappten Zustand zu sehen sind, aufeinander gelötet, wobei
gleichzeitig die hier sichtbaren Gateaußenkontaktflächen 12 des
unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 und des oberen
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 3 kongruent aufeinander
zu einem seriell geschalteten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel 1,
wie ihn 2 zeigt, gelötet werden.
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2 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines seriell geschalteten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels 1, wobei auf der
Oberseite 13 des Halbleiterleistungsbauteilstapels 1 ein
großflächiger Drainkontakt
D angeordnet ist, der über
ein Leitungsband 32 auf das Niveau der Unterseite 5 des
unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 geführt wird.
Dieses Leitungsband 32 ist nur dann erforderlich, wenn
intern über
die in 1 gezeigte Zwischenebene 14 kein Draindurchkontaktelement
geführt
werden kann. Der auf der Oberseite 13 des seriell geschalteten
Halbleiterleistungsbauteilstapels 1 gezeigte Gateaußenkontakt
G ist über ein
entsprechendes Gatedurchkontaktelement auch in der Zwischenebene 14 vorhanden
und über
die Zwischenebene 14 auf der Unterseite 5 des
unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 angeordnet. Das
gleiche gilt für
den auf der Oberseite 13 des Halbleiterleistungsbauteilstapels 1 angeordneten Sourceaußenkontakt
S, der ebenfalls über
ein Sourcedurchkontaktelement auf einer Flachleitersourceelektrode
und schließlich
auf der Unterseite 5 des unteren MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 zur
Verfügung
steht.
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3 zeigt
eine schematische, aufgeklappte, perspektivische Ansicht von zwei
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilen 2 und 3 für einen
parallel geschalteten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel 30,
der in 4 gezeigt wird. In diesem Falle sind in der Zwischenebene 14 für einen
parallel geschalteten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel zwei Sourceelektroden
S kongruent übereinander
angeordnet, und zwei Gateaußenkontakte
G ebenfalls kongruent zueinander ausgerichtet. Für eine Parallelschaltung werden
die beiden Source- und die beiden Gateaußenkontakte in der Zwischenebene 14 aufeinandergeklappt
und über
eine Lötschicht
miteinander elektrisch verbunden. Daraus ergibt sich dann der MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapel 30,
der in 4 gezeigt wird.
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4 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines parallel geschalteten
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels 30, der auf seiner
Oberseite einen Drainaußenkontakt
D, einen Sourceaußenkontakt
S und einen Gateaußenkontakt G
aufweist. Dabei sind der Gateaußenkontakt
G und der Sourceaußenkontakt
S über
die Zwischenebene 14 bis hinunter auf die Unterseite 5 des
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels 30 durchgeschleift,
während
für den
Drainaußenkontakt
D auf der Oberseite 13 des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels 30 ein
Leitungsband 32 vorgesehen ist, um den Drainaußenkontakt
D von der Oberseite 13 des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels 30 auf
das Niveau der Unterseite 5 des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteilstapels 30 zu
führen. Wenn
auch in der Zwischenebene 14, wie sie in 3 gezeigt
wird, zusätzlich
zu den Sourceaußenkontakten
S und den Gateaußenkontakten
G entsprechende Drainaußenkontakte
vorgesehen werden, so kann auf das Leitungsband 32 bei
einer Serienschaltung verzichtet werden.
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5 bis 11 zeigen
schematische, perspektivische Ansichten von Komponenten eines MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2,
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, für
einen Halbleiterleistungsbauteilstapel 1 oder 30,
gemäß 2 bzw. 4.
Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren
werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und in den 5 bis 11 nicht
extra erörtert.
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5 zeigt
eine schematische, perspektivische Struktur von Flachleiter-Außenkontakten 33 eines
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils eines Flachleiter-Montagestreifens
mit mehreren Leistungshalbleiterbauteilpositionen. Ein derartiger Montagestreifen
weist eine Vielzahl derartiger Strukturen von Außenkontakten 33 auf,
die in Zeilen und Spalten auf dem Montagestreifen für eine Vielzahl von
Leistungshalbleiterbauteilen angeordnet sind. Die Außenkontakte 33 sind
in dieser Ausführungsform
der Erfindung derart angeordnet, dass in der Mitte eine großflächige Flachleiter-Chipinsel 15 angeordnet
ist, die auf ihrer Unterseite 5 eine Drainaußenkontaktfläche 8 aufweist
und auf ihrer Oberseite den Rückseiten-Chipkontakt
eines Leistungshalbleiterchips aufnehmen kann. Auf zwei gegenüberliegenden
Seiten sind zwei Außenkontakte 33 angeordnet,
die auf Ihrer Unterseite eine Sourceaußenkontaktfläche 9 aufweisen.
Schließlich
ist in einer Ecke der Struktur ein Außenkontakt 33 mit
einer Gateaußenkontaktfläche 10 auf
seiner Unterseite 5 vorgesehen. Diese Struktur von Außenkontakten 33 bildet
mit ihren Oberseiten eine innere Gehäuseebene 34 aus, und
ist mit ihren Unterseiten 5 auf der Gehäuseunterseite angeordnet.
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6 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 5,
nach Aufbringen eines MOSFET-Leistungshalbleiterchips 17. Der
MOSFET-Leistungshalbleiterchip 17 wird mit seiner Rückseite 16,
die eine Drainkontaktfläche
aufweist, auf die vorbereitete Flachleiter-Chipinsel 15 des
Flachleiter-Montagerahmens montiert. Bei dieser Montage wird eine
flächige
Verbindungsschicht zwischen dem Rückseiten-Chipkontakt 16 des Leistungshalbleiterchips 17 und
der Flachleiter-Chipinsel 15 angebracht, die einen Leitklebstoff,
ein Weichlot, ein Diffusionslot oder eine Lotpaste aufweisen kann. Die
Oberseite 28 des Leistungshalbleiterchips 17 weist
Oberseitenchipelektroden 25 auf, wobei eine großflächige Sourceelektrode 26 bei
dieser Ausführungsform
des Leistungshalbleiterchips 17 und eine kleinere Gateelektrode 27 auf
der Oberseite 28 angeordnet sind. Die Rückseite 29 des Leistungshalbleiterchips 17 wird
im wesentlichen von der dort befindlichen Drainelektrode in Anspruch
genommen.
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7 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 6,
nach Aufbringen eines Source-Durchkontaktelementes 23 auf Flachleiter-Sourceelektroden 22 mit
den Sourceaußenkontaktflächen 9 auf
seiner Unterseite und der Sourceaußenkontaktfläche 11 auf
seiner Oberseite 24. Dazu ist das Sourcedurchkontaktelement 23 u-förmig ausgebildet,
wobei das Sourcedurchkontaktelement 23 in seinem Mittenbereich
mit der Sourceelektrode 26 des Leistungshalbleiterbauteilchips 17 stoffschlüssig verbunden
ist.
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8 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 7,
nach Aufbringen eines Gate-Durchkontaktelementes 19 auf eine
Flachleiter-Gateelektrode 18 mit der Gateaußenkontaktfläche 10.
Dieses Gatedurchkontaktelement 19 ist derart gestaltet,
dass auf seiner Oberseite 21 die obere Gateaußenkontaktfläche 12 angeordnet ist,
auf die von der Oberseite des Leistungshalbleiterbauteils 2 aus
zugegriffen werden kann. Außerdem ist
das Durchkontaktelement 19 mit der Gateelektrode 27 des
Leistungshalbleiterchips 17 stoffschlüssig verbunden.
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9 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht nach Einbetten der Struktur
gemäß 8 in
eine Kunststoffgehäusemasse 31.
Dabei ist die Kontur der Kunststoffgehäusemasse 31 durch eine
strichpunktierte Linie 35 markiert und in 9 als
transparente Kunststoffgehäusemasse 31 dargestellt.
Jedoch wird üblicherweise
für derartige
Leistungshalbleiterbauteile 2 eine nicht transparente,
mit Keramikpartikeln gefüllte
Kunststoffgehäusemasse 31 eingesetzt.
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10 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Oberseite 4 des
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2, mit der in die Kunststoffgehäusemasse 31 eingebetteten
Sourceaußenkontaktfläche 11 der
Oberseite 4 und mit der Gateaußenkontaktfläche 12 der
Oberseite 4.
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11 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Unterseite 5 des
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 für einen Halbleiterleistungsbauteilstapel,
wobei die Unterseite 5 zwei Sourceaußenkontaktflächen 9,
eine Drainaußenkontaktfläche 8 und
eine Gateaußenkontaktfläche 10 aufweist.
Diese Außenkontaktflächen sind
derart angeordnet, dass derartige Leistungshalbleiterbauteile 2 zu
einem seriellen Halbleiterleistungsbauteilstapel gestapelt werden
können,
jedoch sind die Sourceaußenkontaktflächen 9 auf
der Unterseite 5 durch eine Isolationsfolie beim Stapeln
abzudecken und die Gateaußenkontaktfläche 12 auf
der Oberseite 4 ist teilweise eben falls in ihrer flächigen Erstreckung
für ein
Stapeln zu verkleinern, indem eine Isolationsfolie einen Teil der
Gateaußenkontaktfläche 12 abdeckt. Damit
kann eine Zwischenebene in einem Halbleiterleistungsbauteilstapel
mit zwei dieser Leistungshalbleiterbauteile 2 realisiert
werden, jedoch ist ein Leitungsband von der Oberseite des Halbleiterleistungsbauteilstapels
zu dem Niveau der Unterseite des Halbleiterleistungsbauteilstapels
erforderlich, da nur zwei Elektroden der drei Elektroden eines Leistungshalbleiterbauteils 2 über Durchkontakte
durch den Stapel durchgeschleift werden.
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Die 12 bis 16 zeigen
schematische, perspektivische Ansichten von Komponenten eines MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 20 einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung für
einen Leistungshalbleiterbauteilstapel 1 oder 30,
gemäß der 2 bzw.
der 4. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in
den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
und in den 12 bis 16 nicht
extra erörtert.
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12 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Struktur von Außenkontakten 33 des
MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils eines Flachleiter-Montagestreifens.
In dieser zweiten Ausführungsform
eines MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils sind die Außenkontaktflächen 33 für die Sourceaußenkontaktflächen 9 und
für die
Gateaußenkontaktfläche 10 abgewinkelt,
und reichen bis an die Außenränder des
vorgesehenen Leistungshalbleiterbauteils.
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13 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Struktur gemäß 12,
nach Aufbringen eines Leistungshalbleiterchips 17. Dieses Leistungshalbleiterchips 17 wird
auf die Chipinsel 15 mit seiner Rückseite aufgebracht, die eine
Drainelektrode aufweist. Über
den Außenkontakt 33 mit
der Drainaußenkontaktfläche 8 wird
somit die Rückseite 29 des
Leistungshalbleiterbauteils von der Unterseite 5 des zubildenden
Halbleiterleistungsbauteils aus zugänglich.
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14 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 13 mit
einem aufgebrachten Sourcedurchkontaktelement 23, das auf
seiner Oberseite 4 die Sourceaußenkontaktfläche 11 aufweist
und mit seinen Unterseiten auf den Außenkontakten 33 mit
den Sourceaußenkontaktflächen 9 stoffschlüssig verbunden
ist. Ferner zeigt 14 bereits das aufgebrachte
Gatedurchkontaktelement 19, das auf seiner Oberseite 21 die
Gateaußenkontaktfläche 12 aufweist
und mit seiner Unterseite auf der Flachleiter-Gateelektrode 18 angeordnet
ist.
-
15 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Oberseite 4 des
fertiggestellten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 20 für einen Leistungshalbleiterbauteilstapel.
Dabei ist auf der Oberseite 4 die Sourceaußenkontaktfläche 11 und die
Gateaußenkontaktfläche 12 angeordnet,
wie es von dem Leistungshalbleiterbauteil 2 der ersten
Ausführungsform
der Erfindung bekannt ist. Demgegenüber unterscheidet sich jedoch
die Unterseite 5 des Leistungshalbleiterbauteils 20 dieser
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
16 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der Unterseite 5 des
fertiggestellten MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 20 für einen Leistungshalbleiterbauteilstapel,
wie er mit den 2 und 4 gezeigt
wird. Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass
nun die Flachleiter-Sourceelektroden 22 auch an den Randseiten
des MOSFET-Leistungshalbleiterbauteils 2 zugänglich sind.
Das gleiche gilt für
die Gateaußenkontaktfläche 10,
die sich ebenfalls teilweise über
den Rand des Leistungshalbleiterbauteils 20 erstreckt.
Die zentrale Drainaußenkontaktfläche 8 bleibt
hingegen unverändert.
-
- 1
- Halbleiterleistungsbauteilstapel
(seriell)
- 2
- MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil
- 3
- MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil
- 4
- Oberseite
des MOSFETs 2/20 (unten)
- 5
- Unterseite
des MOSFETs 2/20 (unten)
- 6
- Oberseite
des MOSFETs 3 (oben)
- 7
- Unterseite
des MOSFETs 3 (oben)
- 8
- Drainaußenkontaktfläche
- 9
- Sourceaußenkontaktfläche
- 10
- Gateaußenkontaktfläche
- 11
- Sourceaußenkontaktfläche
- 12
- Gateaußenkontaktfläche
- 13
- Oberseite
des Halbleiterbauteilstapels
- 14
- Zwischenebene
- 15
- Flachleiter-Chipinsel
- 16
- Rückseiten
Chipkontakt
- 17
- Leistungshalbleiterchip
- 18
- Flachleiter-Gateelektrode
- 19
- Gatedurchkontaktelement
- 20
- MOSFET-Leistungshalbleiterbauteil
(2. Ausführungsform)
- 21
- Oberseite
des Gatedurchkontaktelements
- 22
- Flachleiter-Sourceelektrode
- 23
- Sourcedurchkontaktelement
- 24
- Oberseite
des Sourcedurchkontaktelements
- 25
- Oberseiten
Chipelektrode
- 26
- Sourceelektrode
(Halbleiterchip)
- 27
- Gateelektrode
(Halbleiterchip)
- 28
- Oberseite
des Leistungshalbleiterchips
- 29
- Rückseite
des Leistungshalbleiterchips
- 30
- Halbleiterleistungsbauteilstapel
(parallel)
- 31
- Kunststoffgehäusemasse
- 32
- Leitungsband
- 33
- Außenkontakt
- 34
- innere
Gehäuseebene
- 35
- strichpunktierte
Linie
- D
- Drainaußenkontakt
- G
- Gateaußenkontakt
- S
- Sourceaußenkontakt