DE102006015241A1

DE102006015241A1 - Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse und teilweise in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten sowie Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauteils

Info

Publication number: DE102006015241A1
Application number: DE102006015241A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Killer (FH); Erich Dipl.-Ing. Syri; Gerold Dipl.-Phys. Gründler; Jürgen Dipl.-Ing. Högerl; Volker Dipl.-Ing. Strutz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil (3) mit einem Kunststoffgehäuse (7) und teilweise in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten (8) sowie Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauteils (3). Dabei sind die Außenkontakte (8) mindestens auf der Unterseite (9) des Kunststoffgehäuses (7) frei zugänglich und im unteren Randkantenbereich (10) angeordnet. Zwischen dem Randkantenbereich (10) mit frei zugänglichen Außenkontaktflächen (11) der Außenkontakte (8) und einem zentralen Bereich (12) des Kunststoffgehäuses (7) mit einem Halbleiterchip (13) ist eine Dehnungsfuge (14) in der Kunststoffgehäusemasse (15) auf der Unterseite (9) des Kunststoffgehäuses (7) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse und in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten sowie Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauteils. Derartige in Kunststoffgehäusemasse eingebettete Außenkontakte sind relativ steif und können aufgrund ihrer Steifigkeit Spannungen, die durch Differenzen in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiterschaltungskomponenten hervorgerufen werden, nicht ausgleichen.

Ein Gehäuse mit Biegelementstrukturen im Bereich von Außenkontakten ist aus der Druckschrift DE 103 61 106 A1 bekannt. Bei dem bekannten Gehäuse sind außerhalb einer Kunststoffgehäusemasse in einem überstehenden Randbereich einer Umverdrahtungsplatte zur Biegeverformung Biegeelementstrukturen als Dehnungsnuten oder Durchgangslöcher angeordnet und mit einem gummielastischen Material gefüllt. Dabei entfalten die Biegeelementstrukturen ausschließlich ihre Wirkung in einem Bereich einer Umverdrahtungsplatte, der nicht mit einem Kunststoffgehäuse oder einer Kunststoffgehäusemasse mechanisch verbunden ist.

Dieses Gehäuse hat den Nachteil, dass Außenkontakte, die im Bereich der Kunststoffgehäusemasse angesiedelt sind, den thermischen Spannungen, die aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten eines komplexen Kunststoffgehäuseaufbaus mit eingebetteten Halbleiterchips, eingebetteten metallischen Verbindungselementen und teilweise eingebet teten metallischen Außenkontaktkörpern, voll ausgesetzt sind. Diese thermischen Spannungen innerhalb des Gehäuses und zwischen Halbleiterchip und Außenkontaktkörpern können mit dem bekannten Gehäuseaufbau nicht abgebaut oder überwunden werden, was Zuverlässigkeitsprobleme und Gefahren von Mikrorissbildungen bis hin zum Abriss von elektrischen Verbindungen mit sich bringt.

Darüber hinaus ist die Herstellung von Halbleiterbauteilen mit der bekannten Biegeelementstruktur kostenintensiv und zeitaufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil anzugeben, dass die Nachteile im Stand der Technik überwindet und eine kostengünstige Verbesserung im Aufbau des Halbleiterbauteils ermöglicht, durch welche die Zuverlässigkeitsprobleme überwunden werden und die Gefahren von Mikrorissbildungen bis hin zum Abriss von elektrischen Verbindungen innerhalb eines Kunststoffgehäuses vermindert werden. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit dem ein derartiges gegen thermische Spannungen besser geschütztes Halbleiterbauteil auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse und in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten geschaffen. Die Außenkontakte sind mindestens auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses frei zugänglich und in einem unteren Randkantenbereich angeordnet. Zwischen dem Randkanten bereich mit frei zugänglichen Außenkontaktflächen der Außenkontakte und einem zentralen Bereich des Kunststoffgehäuses, in dem ein Halbleiterchip angeordnet ist, weist das Kunststoffgehäuse in der Kunststoffgehäusemasse mindestens eine Dehnungsfuge auf.

Dieses Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass die kompakte Kunststoffgehäusemasse mit eingebetteten Außenkontakten auf der Unterseite und einem eingebetteten Halbleiterchip in einem zentralen Bereich durch die erfindungsgemäßen Dehnungsfugen mechanisch in einen Bereich mit Außenkontakten und einen Bereich, der ein starres Halbleiterchip trägt, gegliedert wird.

Beim Auftreten thermischer Spannungen, wenn beispielsweise ein derartiges Halbleiterbauteil mit seinen auf der Unterseite angeordneten Außenkontaktflächen auf einer übergeordneten Schaltungsplatine oberflächenmontiert wird, oder wenn eine übergeordnete Schaltungsplatine mit aufgebrachten erfindungsgemäßen Halbleiterbauteilen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, können die Randkantenbereiche mit den oberflächenmontierten Außenkontaktflächen gegenüber dem zentralen Bereich – wie sonst übliche Flachdrahtbeinchen eines Halbleiterbauteils mit integrierter Schaltung – nachgeben. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Dehnungsfugen auch nachträglich, d.h. nach Fertigstellung des Kunststoffgehäuses eingebracht werden können. Von besonderem Vorteil ist, dass diese Dehnungsfugen für eine Mehrzahl von Halbleiterbauteilen eingebracht werden können bevor beispielsweise die Halbleiterbauteile aus einem Flachleiterrahmen herausgestanzt werden.

Schließlich ist es auch möglich und erweitert die Designmöglichkeiten, wenn die Dehnungsfugen beim Spritzgießen oder Dispensen bereits hergestellt werden. Dazu können die vorbereiteten Flachleiterrahmen auf eine entsprechend strukturierte Bodenplatte der Spritzgussform und/oder der Dispensform aufgesetzt werden. Die Strukturierung der Bodenplatte der Spritzgussform beziehungsweise der Dispensform wird dann als Dehnungsfuge bei Entnahme des Flachleiterrahmens mit einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen im Bodenbereich in den einzelnen Halbleiterbauelementen gebildet.

Die Wirkung derartiger Dehnungsfugen kann dadurch unterstützt werden, dass das Material der Kunststoffgehäusemasse den Erfordernissen einer Nachgiebigkeit im Bereich der Dehnungsfugen angepasst ist. Dazu kann die Wahl eines geeigneten Füllstoffes und auch ein geeigneter Füllstoffgrad beitragen, so dass im Bereich der Dehnungsfuge eine plastisch verformbare Kunststoffgehäusemasse bereitgestellt wird.

Darüber hinaus ist es möglich, die Dehnungsfugen mit einem gummielastischen Material aufzufüllen, so dass sich einerseits keine die Funktion der Dehnungsfuge beeinträchtigenden Lötstoffreste bei der Oberflächenmontage des Halbleiterbauteils in den Dehnungsfugen festsetzen oder sich starre und harte Partikel in den Dehnungsfugen ansammeln und somit die Funktion der Dehnungsfugen beeinträchtigen können.

Die Geometrie und der Verlauf der Dehnungsfugen auf der Unterseite des Halbleiterbauteils lassen sich unterschiedlich gestalten, wobei die einzelnen Anordnungen der Dehnungsfugen Vor- und Nachteile aufweisen.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich mindestens eine Dehnungsfuge in einem Randkantenbereich von einer ersten Randkante zu einer gegenüberliegenden Randkante parallel zu einer dritten Randkante. Diese Struktur hat den Vorteil, dass die Dehnungsfuge mit einer einfachen Sägetechnik eingebracht werden kann, indem ein Sägeblatt parallel zu der dritten Randkante von der ersten Randkante zu der gegenüberliegenden Randkante geführt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kreuzen sich die Dehnungsfugen der Randkantenbereiche. Dieses ist immer dann von Vorteil, wenn nicht nur ein einzelner Randkantenbereich mit Außenkontaktflächen belegt ist oder wenn nur zwei einander gegenüberliegende Randkantenbereiche mit Außenkontaktflächen belegt sind, sondern wenn drei oder vier Randkantenbereiche Außenkontaktflächen aufweisen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zentrale Bereich von einer geschlossenen Dehnungsfuge umgeben. Eine derartige geschlossene Dehnungsfuge kann vorzugsweise mit entsprechenden Formstücken eingebracht werden. Mit Formstücken ist es möglich, den Verlauf der Dehnungsfugen beliebig zu gestalten. Dabei können die Formstücke Teil einer Bodenplatte, einer Spritzgussform oder einer Dispensform sein, oder sie können als Einlegeformstücke vor einem Spritzgießen oder einem Dispensen an geeigneten Stellen positioniert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zusätzliche Dehnungsfugen zwischen den Außenkontaktflächen angeordnet. Durch diese quer zu den Dehnungsfugen zwischen dem Randkantenbereich und dem zentralen Bereich angeordneten Dehnungsfugen ergibt sich eine Nachgiebigkeit jedes einzelnen Außenkontaktes, da er ringsherum von einer Dehnungsfuge umgeben ist. Diese Möglichkeit kann noch weiter gesteigert werden, wenn derartige Dehnungsfugen, die zwischen den Außenkontaktflächen angeordnet sind, die gesamte Kunststoffgehäusehöhe durchdringen bzw. durchtrennen. In diesem Fall entsteht ein aus Kunststoffgehäusemasse hergestelltes "Pseudobeinchen", das ähnlich nachgiebige Eigenschaften aufweist wie die Flachdrahtbeinchen herkömmlicher integrierter Halbleiterbauteile.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterchip in der Kunststoffgehäusemasse auf einer Chipinsel eines Flachleiteranschlusses angeordnet. Darüber hinaus weisen die Außenkontakte in der Kunststoffgehäusemasse eingebettete Flachleiterstücke auf, die mindestens eine von Kunststoffgehäusemasse freie Außenkontaktfläche auf der Unterseite besitzen. Dabei weisen die Dehnungsfugen auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses eine Tiefe auf, die größer ist, als die Dicke der Flachleiterstücke beziehungsweise des Flachleiteranschlusses für das Aufbringen des Halbleiterchips. Derart tiefe Dehnungsfugen fördern die Nachgiebigkeit der in dem Randkantenbereich angeordneten Außenkontakte.

Weiterhin ist es möglich, dass der Halbleiterchip in einer Kunststoffgehäusemasse auf einem Verdrahtungssubstrat angeordnet ist, wobei das Verdrahtungssubstrat Außenkontaktflächen auf der Unterseite und Kontaktanschlussflächen auf der Oberseite aufweist, und wobei der Halbleiterchip über Bondverbindungselemente mit den Kontaktanschlussflächen elektrisch in Verbindung steht. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die Dehnungsfugen das Verdrahtungssubstrat vollständig durchdringen und bis in die Kunststoffgehäusemasse reichen und damit eine Tiefe aufweisen, die größer ist als die Dicke des Verdrahtungssubstrats. Diese Ausführungsform der Erfindung verbessert ebenfalls die Nachgiebigkeit der Außenkontakte des Halbleiterbauteils.

Bei Halbleiterbauteilen, die einen Halbleiterchip mit Flipchipkontakten aufweisen, wird ein Verdrahtungssubstrat eingesetzt, das auf seiner Unterseite die Außenkontaktflächen aufweist und auf seiner Oberseite nicht vereinzelte Kontaktanschlussflächen, sondern vielmehr eine Verdrahtungsstruktur besitzt. Diese Verdrahtungsstruktur könnte beim Einbringen von Dehnungsfugen gefährdet sein. Deshalb ist in diesen Fällen die Tiefe der Dehnungsfugen geringer als die Dicke des Verdrahtungssubstrats.

Ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile mit einem Kunststoffgehäuse und teilweise in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten weist die nachfolgenden Verfahrenschritte auf. Zunächst wird ein Schaltungsträger zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile in Halbleiterbauteilpositionen bereitgestellt. Dabei weisen die Halbleiterbauteilpositionen eine zentrale Chipanschlussfläche und die Chipanschlussfläche umgebende Außenkontaktkörper auf. Als nächster Schritt werden Halbleiterchips auf der Chipanschlussfläche der Halbleiterbauteilpositionen fixiert. Danach kann ein Formköper zwischen der Chipanschlussfläche und den Außenkontaktkörpern eingebracht werden, wobei der Formkörper in seinem Querschnitt und seiner Größe den in der Kunststoffmasse vorgesehenen Dehnungsfugen entspricht. Dieser Formkörper kann auch Teil einer Grundplatte einer Spritzgussform und/oder einer Dispensform sein, so dass die Dehnungsfugen automatisch beim Spritzgießen beziehungsweise beim Dispensen in die Kunststoffgehäusemasse eingeprägt werden.

Nun können die Verbindungselemente zwischen dem Halbleiterchip und den Außenkontaktkörpern durch Anbringen von Verbindungselementen elektrisch miteinander verbunden werden. Danach erfolgt ein Einbetten der Halbleiterchips, der Verbindungselemente, des Formkörpers und der Außenkontaktkörper in eine Kunststoffgehäusemasse unter Freilassen von Außenkontaktflächen der Außenkontaktkörper und einer Seite des Formkörpers, der auf der Unterseite in den Halbleiterbauteilpositionen angeordnet ist. Nach dem Einbetten kann der Formkörper unter Ausbildung von Dehnungsfugen von der Unterseite des Kunststoffgehäuses entfernt werden. Dies geschieht nach oder auch noch vor dem Auftrennen des Schaltungsträgers in einzelne Halbleiterbauteile.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Halbleiterbauteile kostengünstig hergestellt und kostengünstig mit Dehnungsfugen ausgestattet werden können, da lediglich die Bodenplatte der Spritzgussform und/oder der Dispensform entsprechend mit kleinem bandförmigen, auf einer Schmalseite stehenden Formkörper auszustatten sind. Das Einbringen von Formkörpern ermöglicht es auch, nicht nur zwischen der Chipanschlussfläche und den Außenkontaktkörpern, sondern auch rund um die Außenkontakte Formkörper zu positionieren, so dass jeder Außenkontakt individuell in Kunststoffgehäusemasse eingebettet werden kann und wie ein Flachdrahtbeinchen herkömmlicher Bauart nachgiebig wird.

Das Entfernen des Formkörpers unter Ausbilden von Dehnungsfugen auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses kann mittels Ätztechnik, Lösungsmitteln oder Veraschungstechnik erfolgen, wenn der Formkörper ein selbst tragender Körper ist und nicht eine Struktur einer Bodenplatte einer Spritzgussform ist. Dabei ist die Veraschungstechnik von Vorteil, zumal sie es er möglicht, durch Plasmazerstäubung gleichzeitig die Unterseite des Halbleiterbauteils zu polieren und auch Außenkontaktflächen zu reinigen und freizulegen.

Es ergibt sich eine andere Kostenstruktur, wenn nachträglich die Dehnungsfugen einzusägen sind oder durch Laserablation einzubringen sind, weil dazu ein zusätzlicher Fertigungsschritt mit zusätzlichen Werkzeugen erforderlich wird. Die Kosten beim Sägeschritt können dadurch verringert werden, dass Multi-Blade-Sägen für das Einbringen von Dehnungsnuten eingesetzt werden. Insbesondere sind diese Multi-Blade-Sägen in vorteilhafter Weise einsetzbar, wenn Dehnungsfugen auch zwischen Außenkontaktflächen in die Kunststoffgehäusemasse einzubringen sind, da mit einem einzigen Sägeschnitt jeder Randkantenbereich mit entsprechenden Dehnungsfugen zwischen den Außenkontaktflächen versehen werden kann.

Anstelle der Sägetechnik ist auch die Möglichkeit gegeben, das Einbringen von Dehnungsfugen in die Kunststoffgehäusemasse mit einer Laserablation zu erreichen. Die Laserablation hat den Vorteil, dass auch unterschiedliche Materialien, wie ein Verdrahtungssubstrat und eine Kunststoffgehäusemasse, bis zu einer vorgegebenen Tiefe abgetragen werden können.

Bei dem Zusammenbau des Halbleiterbauteils mit Dehnungsfugen kann der Halbleiterchip auf eine Chipanschlussfläche geklebt oder gelötet werden. Dabei wird häufig ein elektrisch leitender Klebstoff verwand.

Das Anbringen von Verbindungselementen zwischen dem Halbleiterchip und den Außenkontaktkörpern kann vorzugsweise mittels Bondtechnik erfolgen. Dazu werden Bonddrähte auf entsprechenden Kontaktflächen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips fixiert und mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen auf den Oberseiten der Außenkontaktkörper formschlüssig verbunden. Beim anschließenden Einbetten der Verbindungselemente in einer Kunststoffgehäusemasse wird auch die Oberseite dieser Außenkontaktkörper vollständig in eine Kunststoffgehäusemasse und damit auch die Verbindung zu dem Verbindungselement eingebettet.

Eine etwas andere Technik erfordert das Anbringen von Verbindungselementen zwischen einem Halbleiterchip, der Flipchipkontakte aufweist, und einem Verdrahtungssubstrat. Dazu weist das Verdrahtungssubstrat eine Verdrahtungsstruktur auf, die jedoch bei einem nachträglichen Einbringen von Dehnungsfugen nicht zerstört werden kann. Somit ist hier die Tiefe der Dehnungsfugen auf die Dicke des Verdrahtungssubstrats abzustimmen und wird geringer gehalten als die Dicke des Verdrahtungssubstrats.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten, eingebettet in eine Kunststoffgehäusemasse vor dem Einbringen von Dehnungsfugen;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Halbleiterbauteil gemäß 1 nach Einbringen von Dehnungsfugen in die Kunststoffgehäusemasse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleiterbauteil gemäß 4;
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine Untersicht auf das Halbleiterbauteil gemäß der 6;
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleiterbauteil gemäß 8;
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
12 zeigt eine schematische Untersicht auf die Halbleiterbauteile gemäß 10 und 11.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 1 mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten 8, die in eine Kunststoffgehäusemasse 15 eines Kunststoffgehäuses 7 eingebettet sind. Die Kunststoffgehäusemasse 7 bettet die Kontakte 8 nur teilweise ein, so dass auf der Unterseite 9 des Kunststoffgehäuses eine Außenkontaktfläche 11 frei bleibt. Die Außenkontakte 8 bleiben auch frei von Kunststoffgehäusemasse an den in 1 gezeigten Randkanten 16 und 18 sowie Randseiten 37 und 39 des Kunststoffgehäuses 7.
Die Außenkontaktkörper 36 sind formschlüssig in den Randkantenbereichen 10 der Kunststoffgehäusemasse 15 verankert. Sie werden aus Enden von Flachleitern eines Flachleiterrahmens gebildet, der mehrere Halbleiterbauteilpositionen aufweist. Nach Aufbau der Halbleiterbauteile können dann aus dem Flachleiterrahmen einzelne Halbleiterbauteile herausgestanzt werden. Ein zentraler Bereich 12 des Halbleiterbauteils 1 weist eine Chipinsel 22 auf einem Flachleiteranschluss 23 auf, auf der ein Halbleiterchip 13 mit seiner Rückseite 41 fixiert ist. Über die Chipanschlussfläche 35 besteht auch eine elektrische Verbindung zu dem Flachleiteranschluss 23 der Chipinsel 22. Auf der Oberseite 42 weist der Halbleiterchip 13 Kontaktflächen 43 auf, die über Bondverbindungselemente 29 aus einem Bonddraht 30 mit Kontaktanschlussflächen 44 der Oberseiten 45 der Außenkontaktkörper 36 elektrisch in Verbindung stehen.
Ein derartiges Halbleiterbauteil 1 ist bei hybriden Aufbauten beziehungsweise Modulen für unterschiedliche Aufgaben auf einem Träger beziehungsweise einer Schaltungsplatine befestigt.
Aufgrund ihrer Aufgaben weist das Halbleiterbauteil 1 und der Träger unterschiedliche Materialien auf, welche in der Regel unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben. Dabei kommt es zu mechanischen Spannungen zwischen den Komponenten wie dem Halbleiterbauteil und dem Träger. Diese werden je nach dem weiteren mechanischen Aufbau von dem Verbindungsmaterial für die Oberflächenmontage, z.B. vom Lot, aufgenommen. Wechselnde mechanische Spannungszustände führen mit der Zeit zu einer Zerstörung der Verbindung.
Auch das Halbleiterbauteil selbst besteht aus unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der zusammengebauten Komponenten. Wobei der Ausdehnungskoeffizient des hier als Flachleiter eingesetzten Kupfers ungefähr 16 ppm/°K und der hier in die Kunststoffgehäusemasse eingebettete Siliziumhalbleiterchip einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nur 3-4 ppm/°K aufweist. Deshalb wird versucht die Verbindung zwischen dem Kupferschaltungsträger für den Siliziumhalbleiterchip zu stärken. Dazu wird das Material des Lötvorgangs optimiert, was jedoch mit einem hohen Aufwand an Kosten verbunden ist. Bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen mit einem Kunststoffgehäuse und herausragenden Beinchen aus Flachdraht wird das Problem der zuverlässigen elektrischen Verbindungen zwischen den aus Flachdraht bestehenden Leitungen und einer übergeordneten Schaltungsplatine durch die Nachgiebigkeit dieser Beinchen aus Flachdrähten bewirkt. Bei dem hier in 1 gezeigten QFN-Halbleiterbauteil, das zum großen Teil eingebettete Außenkontaktkörper 36 aufweist, ist dies nicht ohne weiteres möglich.
Um diese Probleme zu mildern, zeigt die 2 das gleiche Halbleiterbauteil 1, jedoch nun mit den erfindungsgemäßen Dehnungsfugen 14, die exakt zwischen den Außenkontaktkörpern 36 und dem zentralen Bereich 12 mit Schaltungsträger 34 und dem darauf angeordneten Halbleiterchip 13 angeordnet sind. Dadurch entstehen im Randkantenbereich 10 des Halbleiterbauteils 1 sogenannte "Pseudobeinchen", welche eine ähnliche Nachgiebigkeit gegenüber thermischen Spannungen aufweisen, wie die herkömmlichen Flachdrahtbeinchen von integrierten Schaltungen.
Eine derartige Dehnungsfuge 14 kann in zweierlei Weise eingebracht werden, einerseits durch nachträgliches Sägen und andererseits durch Einlegen eines Formteils, das nach dem Herstellen des Kunststoffgehäuses 7 aus der Dehnungsfuge 14 entfernt wird.
3 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleiterbauteil 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Untersicht wird gezeigt, dass es bei QFN-Halbleiterbauteilen problemlos möglich ist, nachträglich, d.h. nach dem Spritzgussvorgang des Kunststoffgehäuses 7, Dehnungsfugen 14 parallel zu den Randkanten 16, 17, 18 und 19 durch Sägen einzubringen, wobei die in 2 gezeigte Tiefe t der Sägenut größer ist als die Dicke d der Flachleiterstücke 24, aus denen die Außenkontaktkörper 36 hergestellt sind. Außerdem ist der Zwischenraum zwischen Außenkontaktstücken 8 und der Halbleiterchipinsel 22 groß genug, um eine entsprechend breite Dehnungsfuge 14 mit der entsprechenden Tiefe t einzubringen. Diese Tiefe t muss für einen ganzen Satz Halbleiterbauteile auf einem Flachleiterrahmen nur einmal eingestellt werden, und dann kann bereits das Einsägen geradlinig durchgeführt werden. Die Spuren der eingesägten Dehnungsfugen 14 sind auch auf den Randseiten 37, 38, 39 und 40 sichtbar.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den 1 bis 3 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Auch in dieses Halbleiterbauteil 2 wurden Dehnungsfugen 14 zwischen den Randkantenbereichen 10 mit den Außenkontaktkörpern 36 und einem zentralen Bereich 12 mit dem Halbleiterchip 13 entweder durch Einlegen eines Formstückes oder durch Einsägen nach der Fertigstellung des Kunststoffgehäuses 7 eingebracht. Sowohl bei der Säge- als auch bei der Formstückvariante erlauben es die "Pseudobeinchen", die dabei entstehen, sich elastisch gegenüber dem übrigen Kunststoffkörper zu bewegen und damit die bei thermischer Belastung auftretenden Spannungen analog wie bei herkömmlichen Flachdrahtbeinchen durch elastische Verformung aufzunehmen.
Diese elastische Verformung wird hier lediglich in der Kunststoffgehäusemasse vollzogen. Dabei sorgt die anspruchsvolle Verankerung der QFN-Außenkontaktkörper 8 dafür, dass die Außenkontaktkörper 8 in der Kunststoffgehäusemasse 15 verbleiben und nicht ausbrechen. Der Unterschied bei dieser Querschnittsansicht des Halbleiterbauteils 2 gegenüber dem in 2 gezeigten Halbleiterbauteil 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Dehnungsfuge 14 mit einer gummielastischen Masse 33 aufgefüllt ist. Damit wird sichergestellt, dass bei der Oberflächenmontage kein Lötzinn die Funktion der Dehnungsfuge 14 blockiert.
5 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleiterbauteil 2 gemäß 4, wobei sich die Untersicht in keiner Weise von der in 3 gezeigten Untersicht unterschei det, so dass auf eine erneute Erläuterung zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet wird.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 3 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in vorherigen Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen besteht darin, dass hier zusätzlich zu den Dehnungsfugen 14 zwischen dem Randkantenbereich 10 und dem zentralen Bereich 12 Querfugen 21 als Dehnungsfugen eingebracht sind, wobei in dem Querschnitt der 6 eine gestrichelte Linie 46 den Radius eines Sägeblattes andeutet, das von den Randseiten 37 beziehungsweise 39 aus in Richtung auf die Dehnungsfuge 14 in die Kunststoffgehäusemasse 15 des Kunststoffgehäuses 7 hinein gefahren wurde. Derartige zusätzliche Querfugen 21 als Dehnungsfugen können mit einer Multi-Blade-Säge gleichzeitig zwischen einer Mehrzahl von Außenkontaktkörpern 8 in die Kunststoffgehäusemasse 15 eingebracht werden. Mit dieser zusätzlichen Maßnahme nähern sich die Außenkontakte 8 eines QFN-Gehäuses in ihren Eigenschaften noch stärker den Eigenschaften von Flachdrahtbeinchen herkömmlicher integrierter Halbleiterbauteile. Dieses wird besonders deutlich mit der nächsten Figur.
7 zeigt eine Untersicht auf das Halbleiterbauteil 4 gemäß 6, wobei nun Dehnungsfugen rund um jeden Außenkontakt 8 geführt sind.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei diese Querschnittsansicht der 2 entspricht, so dass sich eine Erläuterung erübrigt. Erst mit der zugehörigen Unteransicht in 9 werden die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen deutlich.
9 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleiterbauteil 4 gemäß 8. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine umlaufende Dehnungsfuge 20 um den zentralen Bereich 12 angeordnet, während weitere Dehnungsfugen in den Eckbereichen des Halbleiterbauteils dafür sorgen, dass diese Eckbereiche nicht ausbrechen. Außerdem kann diese Art der Dehnungsfugen dadurch erweitert werden, dass noch zusätzlich Dehnungsfugen um jeden Außenkontakt herum eingebracht werden.
Derartige insbesondere geschlossene Dehnungsfugen 20 können durch Einlegen von Formstücken auf die Bodenplatte einer Spritzgussform erreicht werden. Sind diese Formstücke nicht einstückig mit der Bodenplatte verbunden, so können die Formstücke auch nachträglich aus der Kunststoffgehäusemasse 15 entweder herausgeätzt oder herausgelöst werden, je nachdem ob die Formstücke aus einem lösbaren Kunststoff oder einem ätzbaren Metall bestehen.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 5 einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zu den bisherigen Halbleiterbauteilen besteht darin, dass hier kein Flachleiterrahmen als Schaltungsträger 34 eingesetzt ist sondern ein Verdrahtungssubstrat 25 zum Einsatz kommt. Da auch hier die Verbindung zwischen einer Kontaktanschlussfläche 26 auf der Oberseite 28 des Verdrahtungssubstrats 25 über ein Bondverbindungselement 29 mit der Kontaktfläche 43 des Halbleiterchips 13 vorhanden ist, kann die Tiefe t der Dehnungsfuge 14 größer sein als die Dicke D des Verdrahtungssubstrats. Die Außenkontakte 8 auf der Unterseite 27 des Verdrahtungssubstrats 25 sind über Durchkontakte 47 mit den Kontaktanschlussflächen 26 verbunden.
Demgegenüber zeigt 11 einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 6 einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Tiefe t der Dehnungsfuge 14 äußerst begrenzt ist. Dieses liegt daran, dass der Halbleiterchip 13 über Flipchipkontakte 31 mit einer Verdrahtungsstruktur 32 auf der Oberseite 28 des Verdrahtungssubstrats 25 elektrisch verbunden ist. Somit kann bei einem nachträglichen Einbringen der Dehnungsfuge 14 durch Sägen in das Verdrahtungssubstrat 25 die Tiefe t der Dehnungsfuge 14 nicht die Dicke D des Verdrahtungssubstrats 25 überschreiten, sondern muss geringer sein, um die Verdrahtungsstruktur 32 auf der Oberseite 28 des Verdrahtungssubstrats 25 zu schonen.
12 zeigt eine schematische Untersicht auf die Halbleiterbauteile gemäß 10 und 11, wobei diese schematische Untersicht sich nicht von der in 3 gezeigten schematischen Untersicht unterscheidet und folglich auf eine erneute Erörterung verzichtet wird.

1: Halbleiterbauteil (1. Ausführungsform)
2: Halbleiterbauteil (2. Ausführungsform)
3: Halbleiterbauteil (3. Ausführungsform)
4: Halbleiterbauteil (4. Ausführungsform)
5: Halbleiterbauteil (5. Ausführungsform)
6: Halbleiterbauteil (6. Ausführungsform)
7: Kunststoffgehäuse
8: Außenkontakt
9: Unterseite des Kunststoffgehäuses
10: Randkantenbereich
11: Außenkontaktfläche
12: zentraler Bereich
13: Halbleiterchip
14: Dehnungsfuge
15: Kunststoffgehäusemasse
16: erste Randkante
17: zweite Randkante
18: dritte Randkante
19: vierte Randkante
20: geschlossene Dehnungsfuge
21: Querfuge zwischen Außenkontakten
22: Chipinsel
23: Flachleiteranschluss
24: Flachleiterstücke
25: Verdrahtungssubstrat
26: Kontaktanschlussfläche
27: Unterseite des Verdrahtungssubstrats
28: Oberseite des Verdrahtungssubstrats
29: Bondverbindungselement
30: Bonddraht
31: Flipchipkontakt
32: Verdrahtungsstruktur
33: gummielastisches Material
34: Schaltungsträger
35: Chipanschlussfläche
36: Außenkontaktkörper
37: Randseite des Kunststoffgehäuses
38: Randseite des Kunststoffgehäuses
39: Randseite des Kunststoffgehäuses
40: Randseite des Kunststoffgehäuses
41: Rückseite des Halbleiterchips
42: Oberseite des Halbleiterchips
43: Kontaktfläche des Halbleiterchips
44: Kontaktanschlussfläche des Außenkontaktkörpers
45: Oberseite des Außenkontaktkörpers
46: gestrichelte Linie
47: Durchkontakt
D: Dicke des Verdrahtungssubstrats
d: Dicke der Flachleiterstücke
t: Tiefe der Dehnungsfuge

Claims

Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse (7) und mit in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten (8), wobei die Außenkontakte (8) mindestens auf der Unterseite (9) des Kunststoffgehäuses (7) frei zugänglich sind und im unteren Randkantenbereich (10) angeordnet sind, und wobei zwischen dem Randkantenbereich (10) mit frei zugänglichen Außenkontaktflächen (11) der Außenkontakte (8) und einem zentralen Bereich (12) des Kunststoffgehäuses (7), in dem ein Halbleiterchip (13) angeordnet ist, eine Dehnungsfuge (14) in der Kunststoffgehäusemasse (15) auf der Unterseite des Gehäuses (7) angeordnet ist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestes eine Dehnungsfuge (14) in einem Randkantenbereich (10) von einer ersten Randkante (16) zu einer gegenüberliegenden Randkante (18) parallel zu einer dritten Randkante (17) erstreckt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich Dehnungsfugen (14) der Randkantenbereiche (10) kreuzen.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschlossene Dehnungsfuge (20) den zentralen Bereich (12) umgibt.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Dehnungsfugen (21) zwischen den Außenkontaktflächen (11) angeordnet sind.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (13) in der Kunststoffgehäusemasse (15) auf einer Chipinsel (22) eines Flachleiteranschlusses (23) angeordnet ist, und wobei die Außenkontakte (8) in Kunststoffgehäusemasse (15) eingebettete Flachleiterstücke (24) aufweisen, die mindestens eine von Kunststoffgehäusemasse (15) freie Außenkontaktfläche (11) auf der Unterseite (9) besitzen, und wobei die Dehnungsfugen (14) auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses (7) eine Tiefe (t) aufweisen, die größer ist, als die Dicke (d) der Flachleiterstücke (24).
Halbleiterbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (13) in der Kunststoffgehäusemasse (15) auf einem Verdrahtungssubstrat (25) angeordnet ist, wobei das Verdrahtungssubstrat (25) Außenkontaktflächen (11) auf der Unterseite (27) und Kontaktanschlussflächen (26) auf der Oberseite (28) aufweist, und wobei der Halbleiterchip (13) über Bondverbindungselemente (29) mit den Kontaktanschlussflächen (26) elektrisch in Verbindung steht, und wobei die Dehnungsfugen (14) das Verdrahtungssubstrat (25) durchdringen und eine Tiefe (t) aufweisen, die größer ist als die Dicke (D) des Verdrahtungssubstrats (25).
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (13) Flipchipkontakte (31) aufweist und in der Kunststoffgehäusemasse (15) auf einem Verdrahtungssubstrat (25) angeordnet ist, wobei das Verdrahtungssubstrat (25) Außenkontaktflächen (11) auf der Unterseite (27) und eine Verdrahtungsstruktur (32) auf der Oberseite (28) aufweist, und wobei die Dehnungsfugen (14) in dem Verdrahtungssubstrat (25) angeordnet sind und eine Tiefe (t) aufweisen, die geringer ist als die Dicke (D) des Verdrahtungssubstrats (25).
Halbleiterbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsfugen (14) mit gummielastischem Material (33) aufgefüllt sind.
Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile (1) mit einem Kunststoffgehäuse (7) und teilweise in Kunststoff eingebetteten Außenkontakten (8), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Schaltungsträgers (34) zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile (1), wobei die Halbleiterbauteilpositionen eine zentrale Chipanschlussfläche (35) und die Chipanschlussfläche (35) umgebende Außenkontaktkörper (36) aufweist; – Fixieren eines Halbleiterchips (13) auf der Chipanschlussfläche (35); – Einbringen eines Formköpers zwischen der Chipanschlussfläche (35) und den Außenkontaktkörpern (36), wobei der Formkörper in seinem Querschnitt und seiner Größe den in der Kunststoffgehäusemasse vorgesehenen Dehnungsfugen (14) entspricht; – Anbringen von Verbindungselementen (29, 31) zwischen dem Halbleiterchip (13) und den Außenkontaktkörpern (36); – Einbetten der Halbleiterchips (13), der Verbindungselemente (29, 33), des Formkörpers und der Außenkontaktkörper (36) in eine Kunststoffgehäusemasse (15) unter Freilassen von Außenkontaktflächen (11) der Außenkontaktkörper (36) und einer Seite des Formkörpers auf der Unterseite (9) in den Halbleiterbauteilpositionen; – Entfernen des Formkörpers unter Ausbilden von Dehnungsfugen (14) auf der Unterseite (9) des Kunststoffgehäuses (7); – Auftrennen des Schaltungsträgers (34) in einzelne Halbleiterbauteile (1).
Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile (1) mit einem Kunststoffgehäuse (7) und teilweise eingebetteten Außenkontakten (8), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Schaltungsträgers (34) zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile (1), wobei die Halbleiterbauteilpositionen eine zentrale Chipanschlussfläche (35) und die Chipanschlussfläche (35) umgebende Außenkontaktkörper (36) aufweist; – Fixieren eines Halbleiterchips (13) auf der Chipanschlussfläche (35); – Anbringen von Verbindungselementen (29, 33) zwischen dem Halbleiterchip (13) und den Außenkontaktkörpern (36); – Einbetten der Halbleiterchips (13), der Verbindungselemente (29, 33) und der Außenkontaktkörper (36) in eine Kunststoffgehäusemasse (15) unter Freilassen von Außenkontaktflächen (11) der Außenkontaktkörper (36) auf der Unterseite (9) in den Halbleiterbauteilpositionen; – Einbringen von Dehnungsfugen (14) in die Kunststoffgehäusemasse (15) in Randkantenbereichen (10) der Halbleiterbauteilpositionen auf der Unterseite (9) des Schaltungsträgers (34) zwischen Außenkontaktflächen (11) und einem zentralen Bereich (12), der einen Halbleiterchip (13) aufweist; – Auftrennen des Schaltungsträgers (34) in einzelne Halbleiterbauteile (1).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen eines Formköpers zwischen der Chipanschlussfläche (35) und den Außenkontaktkörpern (36) ein Einlegeband mit seiner schmalen Querseite zwischen die Außenkontakte (8) und dem zentralen Bereich (12) auf der Unterseite (9) des Schaltungsträgers (34) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen eines Formköpers zwischen der Chipanschlussfläche (35) und den Außenkontaktkörpern (36), ein Einlegeband mit seiner schmalen Querseite rund um die Außenkontakte (8) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Formkörpers unter Ausbilden von Dehnungsfugen (14) auf der Unterseite (9) des Kunststoffge häuses (7) mittels Ätztechnik, Lösungsmittel oder Veraschungstechnik erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Dehnungsfugen (14) in die Kunststoffgehäusemasse (15) mittels Sägetechnik erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Dehnungsfugen (14) in die Kunststoffgehäusemasse (15) mittels Multi-Blade-Sägetechnik erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Dehnungsfugen (14) in die Kunststoffgehäusemasse (15) mittels Laserablation erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (15) auf die Chipanschlussfläche (35) geklebt oder gelötet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbringen von Verbindungselementen (29) zwischen dem Halbleiterchip (13) und den Außenkontaktkörpern (36) mittels Bondtechnik erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbringen von Verbindungselementen (33) zwischen dem Halbleiterchip (13) durch das Aufbringen von Flipchipkontakten (33) eines Halbleiterchips (13) auf eine Verdrahtungsstruktur (32) eines als Schaltungsträger (34) eingesetzten Verdrahtungssubstrats (25) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbetten der Halbleiterchips (13), der Verbindungselemente (29, 33) und der Außenkontaktkörper (36) in eine Kunststoffgehäusemasse (15) mittels Spritzgusstechnik erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbetten der Halbleiterchips (13), der Verbindungselemente (29, 33) und der Außenkontaktkörper (36) in eine Kunststoffgehäusemasse (15) mittels Dispenstechnik erfolgt.