DE102006015447A1

DE102006015447A1 - Leistungshalbleiterbauelement mit einem Leistungshalbleiterchip und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102006015447A1
Application number: DE102006015447A
Authority: DE
Inventors: Khalil Dr. rer. nat. Hosseini; Alexander Königsberger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-01
Also published as: DE102006015447B4; US20070228556A1; US7745913B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement (1) mit einem Leistungshalbleiterchip (5) und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Das Leistungshalbleiterbauelement (1) weist mindestens einen Leistungshalbleiterchip (5) und oberflächenmontierbare Außenkontakte (6, 7, 8) auf. Der Leistungshalbleiterchip (5) hat großflächige Kontaktflächen (9, 10) auf seiner Oberseite (12) und seiner Rückseite (13), die im wesentlichen die gesamte Oberseite (12) bzw. Rückseite (13) bedecken. Die Oberseite (12) weist neben der großflächigen Kontaktfläche (10) zusätzlich eine kleinflächige Kontaktfläche (11) auf, deren flächige Ausdehnung mindestens zehnmal kleiner als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen (10) ist. Die kleinflächige Kontaktfläche (11) ist über eine Bonddrahtverbindung (14) mit einem einzelnen Außenkontakt (8) des Leistungshalbleiterbauelements (1) verbunden, während die großflächige Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) über ein Bondband (15) mit Außenkontakten (7) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem Leistungshalbleiterchip und oberflächenmontierbaren Außenkontakten, wobei der Leistungshalbleiterchip großflächige Kontaktflächen auf seiner Oberseite und seiner Rückseite aufweist, die nahezu die gesamte Oberseite bzw. Rückseite bedecken. Außerdem weist die Oberseite neben der großflächigen Kontaktfläche zusätzlich eine kleinflächige Kontaktfläche auf, deren flächige Ausdehnung mindestens zehnmal kleiner als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen ist.
Ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement ist aus der Druckschrift DE 10 2004 041 088 A1 bekannt, wobei die großflächige Kontaktfläche der Oberseite mit einer Flachleiterspange verbunden ist, die in Außenkontakte übergeht. Auch die kleinflächige Kontaktfläche ist mit einer entsprechend kleineren angepassten Flachleiterspange verbunden. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass mechanische Belastungen der Außenkontakte über die Flachleiterspangen auf den spröden Kristallkörper des Leistungshalbleiterchips einwirken, und damit die Zuverlässigkeit und Funktionalität des Leistungshalbleiterchips gefährden. Außerdem sind die Fertigung und Formgebung von dreidimensionalen Flachleiterspangen für die Kontaktflächen der Oberseite des Leistungshalbleiterchips kostenintensiv.
Aus der Druckschrift DE 10 2004 036 905 A1 ist es bekannt, eine starre Flachleiterspange durch eine Vielzahl von flexiblen Bonddrahten zu ersetzen, womit die starre Kopplung zwi schen Außenkontakten und Leistungshalbleiterchips überwunden wird. Jedoch wird eine kostenaufwendige Lösung durch eine andere kostenintensive und zeitaufwendige Lösung ersetzt, zumal die erforderliche Vielzahl von Bonddrahtverbindungen seriell aufzubringen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Leistungshalbleiterbauelement zu schaffen, das preiswert zu fertigen ist und dennoch die Zuverlässigkeit und Funktionalität von Leistungshalbleiterbauelementen verbessert.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Leistungshalbleiterbauelement mit zumindest einem Leistungshalbleiterchip geschaffen. Der Leistungshalbleiterchip weist großflächige Kontaktflächen auf seiner Oberseite und seiner Rückseite auf, die im wesentlichen die gesamte Oberseite bzw. Rückseite bedecken. Dabei ist die großflächige Kontaktfläche der Rückseite auf einem Außenkontakt des Leistungshalbleiterbauelements elektrisch leitend fixiert. Die Oberseite weist neben der großflächigen Kontaktfläche zusätzlich eine kleinflächige Kontaktfläche auf, deren flächige Ausdehnung mindestens zehnmal kleiner als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen ist. Die kleinflächige Kontaktfläche ist über eine Bonddrahtverbindung mit einem einzelnen Außenkontakt des Leistungshalbleiterbauelements verbunden, während die großflächige Kontaktfläche der Oberseite über ein Bondband mit Außenkontakten des Leistungshalbleiterbauelements in Verbindung steht.
Ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement hat den Vorteil, dass die mit den Kontaktflächen auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips zu verbindenden Außenkontakte auf der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements nicht durch eine starre Flachleiterspange verbunden sind, sondern vielmehr durch flexible Bondverbindungen. Insbesondere das Bondband, das die großflächige Kontaktfläche auf der Oberseite des Halbleiterchips mit Kontaktanschlussflächen auf den Außenkontakten verbindet, hat den Vorteil, dass lediglich ein Bordvorgang erforderlich ist, um eine elektrische Verbindung für eine hohe Stromdichte zwischen der großflächigen Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips und entsprechenden Außenkontakten, die von der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements aus kontaktierbar sind, zu realisieren. Dieses macht eine Vielzahl von einzelnen Bonddrahtverbindungen überflüssig.
Ein weitere Vorteil dieses Leistungshalbleiterbauelements ist es, dass es zu geringeren Kosten herstellbar ist als die schon erwähnten Lösungen im Stand der Technik. Außerdem ist es nicht notwendig, dreidimensionale Flachleiterstrukturen vorzuhalten. Der Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip, der mit seiner Rückseite auf einer zentralen Kontaktanschlussfläche eines zentralen Außenkontaktes des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist, und den übrigen Außenkontakten, die mit den Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips elektrisch in Verbindung stehen, wird in vorteilhafter Weise allein durch den Bondvorgang des Bondbandes bzw. des Bonddrahtes realisiert. Dabei wird gleichzeitig eine Höhendifferenz überwunden. Die Außenkontakte können folglich in einer Ebene angeordnet werden und somit aus einer Flachleiterplatte gefertigt werden, was ebenfalls die Kosten gegenüber herkömmlichen Lösungen reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bondband eine Breite auf, die geringer ist als die Breite der großflächigen Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips. Durch die geringere Breite des Bondbandes gegenüber der Breite der großflächigen Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass genügend Raum ist, um den Bonddraht, der die kleinflächige Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips mit einem entsprechenden Außenkontakt verbindet, ohne Schwierigkeiten montiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Bondband eine Aussparung für den Bereich der kleinflächigen Kontaktfläche auf. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Bondband mit variabler Breite eingesetzt, um den größtmöglichen Teil der großflächigen Kontaktfläche für das Anbringen des Bondbandes zu nutzen. Dennoch kann aufgrund der vorgesehenen Aussparung in der Breite des Bondbandes eine Bonddrahtverbindung zwischen der kleinflächigen Kontaktfläche auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips und einem entsprechenden Außenkontakt problemlos hergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bondband auf der großflächigen Kontaktfläche mindestens einen streifenförmigen Fügebereich aufweist, in dem das Bondband mit der großflächigen Kontaktfläche stoffschlüssig verbunden ist. Ein derartiger Fügestreifen entsteht durch einen entsprechend geformten Bondstichel, der groß genug ist, um einen derartigen Streifen im Thermokompressionsbonden mit der großflächigen Kontaktfläche stoffschlüssig zu verbinden. Ein derartiger Fügestreifen und damit auch ein derartiger Bondstichel weisen mindestens die Breite des Bondbandes auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Bondband einen Bondbogen auf, der den Abstand zwischen dem Leistungshalbleiterchip und einem Außenkontakt überbrückt, und somit relativ flexibel die Oberseite des Halbleiterchips in einer Kontaktanschlussfläche auf einem Außenkontakt des Leistungshalbleiterbauelements elektrisch verbindet. Gleichzeitig dienen derartige Bondbögen der besseren Wärmeabfuhr der Verlustleistung eines Leistungshalbleiterbauelements, zumal über einen derartigen Bondbandbogen in der Summe eine größere Wärme abgeführt werden kann als über eine Vielzahl von Bonddrähten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Bondband auf der großflächigen Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips mehrere über mindestens einen Bondbogen verbundene Fügestreifen auf. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden mithilfe des Bondstichels mehrere Streifenbereiche des Bondbandes auf der Kontaktanschlussfläche nebeneinander erzeugt. Diese sind jeweils über entsprechende Bondbandbögen elektrisch und thermisch miteinander verbunden. Dieses hat den Vorteil, dass bei der großflächigen Kontaktfläche auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips die Bondkräfte beim Anbringen des Bondbandes vermindert werden können, da die Auflagefläche pro Fügestreifen und damit die Anpresskraft des Bondstichels vermindert werden kann. Außerdem werden Fügestreifen auf entsprechenden Kontaktanschlussflächen der Außenkontakte vorgesehen, um das Bondband auf den Außenkontakten zu fixieren und eine niederohmige Verbindung zwischen der großflächigen Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips und den Außenkontakten zu schaffen.
Vorzugsweise weist das Bondband eine streifenförmige Metallfolie, insbesondere aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, auf. Dabei werden vorzugsweise Legierungselemente wie Silizium oder Kupfer für die Aluminiumfolie vorgesehen, was die Elektromigration des Bondbandmaterials beim Betrieb des Leistungshalbleiterbauelements mindert.
Um eine intensive und zuverlässige Bondverbindung zwischen dem Bondband und der großflächigen Kontaktanschlussfläche auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips zu schaffen, wird vorzugsweise eine Edelmetallschicht aus Gold auf der großflächigen Kontaktfläche abgeschieden, wenn das Bondband eine Aluminiumlegierung aufweist, zumal diese beiden Metalle eine niedrig schmelzende eutektische Legierung bilden.
Ein Verfahren zur Herstellung von mehreren Leistungshalbleiterbauelementen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden Leistungshalbleiterchips mit großflächigen Kontaktflächen auf mindestens einer Oberseite zu einer Sourceelektrode und auf einer Rückseite zu einer Drainelektrode sowie mit einer kleinflächigen Kontaktfläche auf der Oberseite zu einer Gateelektrode hergestellt. Dabei weist die kleinflächige Kontaktfläche eine flächige Ausdehnung auf, die mindestens zehnmal kleiner ist als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen. Außerdem wird ein Flachleiterrahmen aus Flachleitermaterial mit Leistungshalbleiterbauteilpositionen hergestellt, wobei dieser Flachleiterrahmen durch Strukturieren einer ebenen elektrisch leitenden Metallplatte hergestellt werden kann.
Wenn der Flachleiterrahmen für mehrere Leistungshalbleiterbauelemente vorliegt und die Leistungshalbleiterchips hergestellt sind, werden die Leistungshalbleiterchips in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen unter stoffschlüssigem Verbinden der großflächigen Kontaktfläche der Rückseite der Leistungshalbleiterchips auf einer zentralen Kontaktanschlussfläche eines zentralen oberflächenmontierbaren Außenkontaktes in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Flachleiterrahmens aufgebracht. Nun können die Verbindungen zwischen der Oberseite des Leistungshalbleiterchips und weiteren Kontaktanschlussflächen auf entsprechenden Außenkontakten hergestellt werden. Dazu wird eine Bonddrahtverbindung zwischen der kleinflächigen Kontaktfläche und einem oberflächenmontierbaren Außenkontakt des Leistungshalbleiterbauelements hergestellt.
Anschließend wird ein Bondband auf die großflächige Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips unter stoffschlüssigem Verbinden mindestens eines streifenförmigen Fügebereichs des Bondbandes mit der großflächigen Kontaktfläche und unter Ausbilden mindestens eines Bondbandbogens zu einem oberflächenmontierbaren Außenkontakt auf der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements hergestellt. Nachdem die Bondverbindungen fertig gestellt sind, werden der Leistungshalbleiterchip, der Bonddraht und das Bondband sowie die Außenkontakte in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Flachleiterrahmens in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet. Dabei werden mindestens Außenkontaktflächen der oberflächenmontierbaren Außenkontakte auf der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements frei von Kunststoffgehäusemasse gelassen. Danach erfolgt ein Auftrennen des Flachleiterrahmens in einzelne Leistungshalbleiterbauelemente.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass keine speziellen Verbindungselemente wie dreidimensionale Flachleiterspangen, die auch "clips" genannt werden, vorbereitet werden müssen, sondern vielmehr das Verbinden der großflächigen Kontaktflächen auf der Oberseite der Leistungshalbleiterchips in den Leistungshalbleiterbauteilen mit einem kontinuierlich bondbaren Bondband durch ein entsprechend geformtes Bondwerkzeug hergestellt werden kann. Dieses vermindert die Fertigungskosten und erhöht gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleiterbauelemente. Insbesondere verbessert es gegenüber einer Vielzahl von Bonddrahtverbindungen die Abfuhr der Verlustwärme des Leistungshalbleiterchips über das Bondband.
Zum Herstellen von Leistungshalbleiterchips mit großflächigen Kontaktflächen auf mindestens einer Oberseite zu einer Sourceelektrode und auf einer Rückseite zu einer Drainelektrode sowie mit einer kleinflächigen Kontaktfläche zu einer Gateelektrode wird ein Halbleiterwafer eingesetzt, der eine Vielzahl von Halbleiterchippositionen aufweist, und der anschließend zur Herstellung der einzelnen Leistungshalbleiterchips aus den Halbleiterchippositionen entsprechend zu Leistungshalbleiterchips aufgetrennt werden kann.
Zum Herstellen eines Flachleiterrahmens aus Flachleitermaterial mit Leistungshalbleiterbauteilpositionen kann eine ebene Platte, die Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist, strukturiert werden, wobei zum Strukturieren vorzugsweise Ätz- und/oder Stanztechniken eingesetzt werden.
Zum stoffschlüssigen Verbinden der großflächigen Kontaktfläche der Rückseite des Leistungshalbleiterchips auf einer zentralen Kontaktanschlussfläche eines oberflächenmontierbaren zentralen Außenkontaktes in den Leistungshalbleiterbau teilpositionen eines Flachleiterrahmens kann ein Lötverfahren, vorzugsweise ein Diffusionslötverfahren oder ein Weichlotverfahren oder auch ein Verfahren unter Einsatz eines Leitklebstoffs, verwendet werden.
Das Aufbringen eines Bondbandes auf die großflächige Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips unter stoffschlüssigem Verbinden mindestens eines streifenförmigen Fügebereichs des Bondbandes mit der großflächigen Kontaktfläche und unter Ausbilden mindestens eines Bondbandbogens zu einem oberflächenmontierbaren Außenkontakt der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements kann mittels Thermokompressionsbonden unter Einsatz eines breiten Bondstichels erfolgen, dessen Auflagefläche auf dem Bondband der Breite des Bondbandes entspricht.
Das Einbetten des Leistungshalbleiterchips, des Bonddrahtes, des Bondbandes sowie teilweise der Außenkontakte in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Flachleiterrahmens in eine Kunststoffgehäusemasse kann durch ein Spritzgussverfahren oder ein Dispensverfahren realisiert werden.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird auf der großflächigen Kontaktfläche der Oberseite des Leistungshalbleiterchips das Bondband mehrfach unter Ausbilden von Bondbandbögen gebondet. Dazu kann als Bondband eine bandförmige Aluminiumfolie oder eine Aluminiumlegierungsfolie eingesetzt werden, und zusätzlich kann zur Verbesserung der Bondfähigkeit einer großflächigen Kontaktfläche diese mit einem Edelmetall, vorzugsweise mit Gold, beschichtet werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 1;
3 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 1;
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 4;
6 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 4;
7 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 7;
9 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 7;
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauteil gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 10;
12 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauteil gemäß 10.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauelement 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Um den Aufbau des Leistungshalbleiterbauelements 1 zu verdeutlichen, ist die Kunststoffgehäusemasse weggelassen, und es wird nur die Kontur 26 der Kunststoffgehäusemasse 22 in dieser Draufsicht auf das Leistungshalbleiterbauelement 1 gezeigt. Das Leistungshalbleiterbauelement 1 weist drei Lagen auf, die übereinander angeordnet sind. Eine untere Lage bilden ein Außenkontakt 6 für einen Drainanschluss D sowie zwei weitere Außenanschlüsse 7 für einen Sourceanschluss S und ein Außenkontakt 8 für einen Gateanschluss G.
Eine zweite Lage bildet ein Leistungshalbleiterchip 5, der auf seiner Rückseite 13 eine großflächige Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktfläche nahezu die gesamte Rückseite 13 bedeckt. Der Leistungshalbleiterchip 5 ist mit seiner rückseitigen Kontaktfläche auf einer zentralen Kontaktanschlussfläche 20 eines zentralen Außenkontaktes 6 stoffschlüssig und elektrisch leitend fixiert. Auf seiner Oberseite 12 weist der Leistungshalbleiterchip 5 eine großflächige Kontaktfläche 10 auf, die eine Vielzahl von Sourceelektroden des Feldeffektleistungshalbleiterbauelements miteinander verbindet, und eine kleinflächige Kontaktfläche 11, über die sämtliche Gateelektroden des Feldeffektleistungshalbleiterbauelements bzw. des Leistungshalbleiterchips 5 angesteuert werden.
Die dritte und oberste Lage bildet ein Bondband 15, das stoffschlüssig in einem streifenförmigen Fügebereich 16 mit der großflächigen Kontaktfläche 10 der Sourceelektroden verbunden ist und über Bondbandbögen 17 mit Kontaktanschlussflächen 18 der Außenkontakte 7 elektrisch leitend kontaktiert ist. Zu dieser Verbindungslage, in der sich das Bondband 15 befindet, gehört auch eine Bonddrahtverbindung 14, welche die kleinflächige Kontaktfläche 11 der Gateelektroden mit einer Kontaktanschlussfläche 19 auf dem Außenkontakt 8 elektrisch in Verbindung setzt.
Durch das Bondband 15 mit der Breite b, die annähernd die Breite B der großflächigen Kontaktfläche 10 auf der Oberseite 12 des Leistungshalbleiterchips 5 erreicht, wird mehr Fläche zur Wärmeabfuhr über die Außenkontakte 7 zur Verfügung gestellt, so dass bei Kurzzeitbelastungen eine schnelle Wärmeabfuhr über das Bondband 15 möglich wird. Über das Bondband 15 wird darüber hinaus eine homogene Wärmeverteilung erreicht, die bei einer Vielzahl von Bonddrahtverbindungen nicht gewährleistet ist. Außerdem kann von dem Bondband 15 erwartet werden, dass eine höhere Strombelastung gegenüber herkömmlichen Leistungshalbleiterbauelementen, die mit Bonddrahtverbindungen für die Sourceelektroden arbeiten, möglich wird, so dass insgesamt dieses Leistungshalbleiterbauelement 1 eine höhere thermische Zuverlässigkeit aufweist und aufgrund der großflächigen Bondbandverbindung niedrigere Fertigungskosten als herkömmliche Mehrfachbonddrahtverbindungen und/oder als herkömmliche dreidimensionale Flachleiterspan gen, die sich von der unteren Lage bis zur oberen Lage in herkömmlichen Bauelementen erstrecken, möglich sind.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauelement 1 gemäß 1. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung weist das Leistungshalbleiterbauelement 1 nur auf seiner Unterseite 21 Außenkontaktflächen 23 für einen Drainanschluss D und Außenkontaktflächen 24 für Sourceanschlüsse S und eine in diesem Schnittbild nicht zu sehende, jedoch dann in 3 gezeigte, Außenkontaktfläche 25 für einen Gateanschluss G auf. Somit ist dieses Leistungshalbleiterbauelement 1 ausschließlich oberflächenmontierbar, da es keine Außenkontaktflächen an den Randseiten besitzt.
In der zweiten Lage, in der der Leistungshalbleiterchip 5 angeordnet ist, wird nun mit dieser Querschnittzeichnung deutlich, dass die großflächige Kontaktfläche 9 auf der Rückseite 13 des Leistungshalbleiterchips 5 mit der zentralen Kontaktanschlussfläche 20 des Außenkontaktes 6 für den Drainanschluss D stoffschlüssig verbunden ist. Die großflächige Kontaktfläche 10 auf der Oberseite 12 des Halbleiterchips 5, welche mit einer Vielzahl von Sourceelektroden in Verbindung steht, ist durch einen Fügestreifen 16 des Bondbandes 15 flächig kontaktiert. Ferner überbrückt das Bondband 15 mit den Bondbandbögen 17 den Abstand a zu den Außenkontakten 7. Mit einer gestrichelten Linie wird der Verlauf der in dieser Ebene nicht sichtbaren Bonddrahtverbindung 14 für den Gateanschluss gezeigt.
3 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauelement 1 gemäß 1. Auf der Unterseite 21 des Leistungshalbleiterbauelements 1 sind nun in eine Kunststoffgehäusemasse 22 mit ihren Randseiten vollständig einge bettete Außenkontakte 6, 7 und 8 zu sehen, wobei ein zentraler Kontakt 6 für den Drainanschluss D vorgesehen ist und zwei an den Seiten angeordnete Außenkontakte 7 Außenkontaktflächen 24 aufweisen, die für einen Sourceanschluss S eingesetzt werden können. Schließlich ist ein deutlich kleinerer Außenkontakt 8 mit seiner Außenkontaktfläche 25 für einen Gateanschluss G vorgesehen.
Die 4 bis 6 zeigen Ansichten eines Leistungshalbleiterbauelements 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauelement 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der dreilagige Aufbau ist auch bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung beibehalten, so dass Außenkontakte 6, 7 und 8 wieder in der unteren Lage angeordnet sind, womit der Vorteil verbunden ist, dass eine ebene Metallplatte strukturiert werden kann, um diese Außenkontakte zu realisieren. Die zweite Bauteillage wird wieder durch den Leistungshalbleiterchip 5 gebildet und die dritte Lage durch die Verbindungselemente, wobei ein großflächiges Verbindungselement durch das Bondband 15 gebildet wird und zu diesen Verbindungselementen der Oberseiten 12 des Leistungshalbleiterchips 2 auch eine Bonddrahtverbindung 14 gehört.
Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die untere Lage mit Außenkontakten 6, 7 und 8 aus einem Flachleiterrahmen ausgestanzt ist, und somit auf den Rändern 27, 28, 29 und 30 nicht nur Kunststoffgehäusemasse 22 angeordnet ist, sondern auch Außenkontaktflächen 31 bis 40 der einzelnen Außenkontakte 6, 7 und 8 enden. Auf den Randseiten 27 und 29 des Leistungshalbleiterbauelements 2 sind somit Außenkontaktflächen 31 bzw. 32 des Außenkontaktes 6 für einen Drainanschluss D angeordnet. Auf der Randseite 28 sind vier Kontaktanschlussflächen 33 bis 36 für einen Sourceanschluss angeordnet und zusätzlich auf der Randseite 30 drei weitere Außenkontaktflächen 37, 38 und 39 für den Sourceanschluss bereitgestellt. Außerdem ist auf der Randseite 30 eine Außenkontaktfläche 40 des Außenkontaktes 8 angeordnet. Diese Außenkontaktflächen 31 bis 40 auf den Randseiten 27 bis 30 ermöglichen es, das Leistungshalbleiterbauelement 2 in einen entsprechenden Stecksockel auf einer übergeordneten Platine einzustecken.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauelement 2 gemäß 4, wobei dieser Querschnitt auf den Randseiten 28 und 30 Außenkontaktflächen 34 und 38 zeigt, die zu Außenkontakten 7 eines Sourceanschlusses gehören. Die Verdrahtung der großflächigen Kontaktfläche 10 auf der Oberseite 12 des Halbleiterchips 5 ist unverändert über einen Fügestreifen 16 hergestellt, wobei der Fügestreifen 16 von einem Bondband 15 gebildet wird, dessen Bondbögen 17 den Kontakt zu den Außenkontakten 7 für den Sourceanschluss S herstellen.
6 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauelement 2 gemäß 4. Dabei wird deutlich, dass nun die auf der Unterseite 21 angeordneten Außenkontaktflächen auch Außenkontaktflächen 31 bis 40 auf den Randseiten 27 bis 30 zur Verfügung stellen.
Die 7 bis 9 zeigen schematische Ansichten eines Leistungshalbleiterbauelements 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
7 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleiterbauelement 3 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Bondband zwei Fügestreifen 16 aufweist, mit denen es auf der großflächigen Kontaktfläche 10 auf der Oberseite 12 des Halbleiterchips 5 fixiert ist. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass ein kleinerer Bondstichel verwendet werden kann, und damit die Kompressionsbelastung beim Thermokompressionsbonden des Leistungshalbleiterchips geringer ist.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauelement 3 gemäß 7, wobei nun deutlich die drei Bondbandbögen 17 zu sehen sind, wobei sich ein mittlerer Bondbandbogen 17 zwischen den beiden Fügestreifen 16 über der großflächigen Kontaktfläche 10 des Leistungshalbleiterchips 5 wölbt und die beiden Fügestreifen 16 flexibel miteinander verbindet.
9 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauelement 3 gemäß 7, wobei sich diese Untersicht von der Untersicht der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht unterscheidet.
Die 10 bis 12 zeigen Ansichten eines Leistungshalbleiterbauelements 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Leistungshalbleiterbauelement 4 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. Diese vierte Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 4 bis 6. Der Unterschied besteht auch hier darin, dass das Bondband nicht mit einem Fügestreifen 16 auf der großflächigen Kontaktfläche 10 auf der Oberseite 12 des Leistungshalbleiterchips 5 fixiert ist, sondern mit zwei Bondstreifen 16, die über einem mittleren Bondbogen 17 elektrisch miteinander verbunden sind. Dieses wird auch in der nachfolgenden Querschnittansicht deutlich.
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauelement 4 gemäß 10, wobei nun zum Unterschied zu der dritten Ausführungsform der Erfindung dieses Leistungshalbleiterbauelement auch auf den Randseiten 27 bis 30 Außenkontaktflächen 31 bis 40 aufweist. In diesem Querschnitt sind davon auf den Randseiten 28 und 30 lediglich die Außenkontaktflächen 34 und 38 zu sehen. Deren Anordnung wird jedoch in der nachfolgenden 12 im einzelnen gezeigt.
12 zeigt eine schematische Untersicht auf das Leistungshalbleiterbauelement 4 gemäß 10, wobei diese Untersicht der Untersicht in 6 der zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht und auf den Randseiten 27 bis 30 die dort angeordneten Außenkontaktflächen 37 bis 40 und ihre Anordnung zeigt.

1: Leistungshalbleiterbauelement (1. Ausführungsform)
2: Leistungshalbleiterbauelement (2. Ausführungsform)
3: Leistungshalbleiterbauelement (3. Ausführungsform)
4: Leistungshalbleiterbauelement (4. Ausführungsform)
5: Leistungshalbleiterchip
6: oberflächenmontierbare Außenkontakte (Drain)
7: oberflächenmontierbare Außenkontakte (Source)
8: oberflächenmontierbare Außenkontakte (Gate)
9: großflächige Kontaktfläche (Drain)
10: großflächige Kontaktfläche (Source)
11: kleinflächige Kontaktfläche (Gate)
12: Oberseite des Leistungshalbleiterchips
13: Rückseite des Leistungshalbleiterchips
14: Bonddrahtverbindung bzw. Bonddraht
15: Bondband
16: streifenförmiger Fügebereich bzw. Fügestreifen
17: Bondbandbogen
18: Kontaktanschlussfläche der Außenkontakte (Source)
19: Kontaktanschlussfläche des Außenkontaktes (Gate)
20: zentrale Kontaktanschlussfläche des Außenkontaktes (Drain)
21: Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements
22: Kunststoffgehäusemasse
23: Außenkontaktfläche (Drain)
24: Außenkontaktfläche (Source)
25: Außenkontaktfläche (Gate)
26: Kontur der Kunststoffgehäusemasse
27: Rand des Leistungshalbleiterbauelements
28: Rand des Leistungshalbleiterbauelements
29: Rand des Leistungshalbleiterbauelements
30: Rand des Leistungshalbleiterbauelements
31: Außenkontaktfläche (Drain)
32: Außenkontaktfläche (Drain)
33: Außenkontaktfläche (Source)
34: Außenkontaktfläche (Source)
35: Außenkontaktfläche (Source)
36: Außenkontaktfläche (Source)
37: Außenkontaktfläche (Source)
38: Außenkontaktfläche (Source)
39: Außenkontaktfläche (Source)
40: Außenkontaktfläche (Gate)
a: Abstand
b: Breite des Bondbandes
B: Breite der großflächigen Kontaktfläche
D: Drain
G: Gate
S: Source

Claims

Leistungshalbleiterbauelement mit zumindest einem Leistungshalbleiterchip (5) und oberflächenmontierbaren Außenkontakten (6, 7, 8), wobei der Leistungshalbleiterchip (5) großflächige Kontaktflächen (9, 10) auf seiner Oberseite (12) und seiner Rückseite (13) aufweist, die im wesentlichen die gesamte Oberseite (12) bzw. Rückseite (13) bedecken, und wobei die großflächige Kontaktfläche (9) der Rückseite (13) auf einem Außenkontakt (6) des Leistungshalbleiterbauelements (1) elektrisch leitend fixiert ist, und wobei die Oberseite (12) neben der großflächigen Kontaktfläche (10) zusätzlich eine kleinflächige Kontaktfläche (11), deren flächige Ausdehnung mindestens zehnmal kleiner als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen (9, 10) ist, aufweist, und wobei die kleinflächige Kontaktfläche (11) über eine Bonddrahtverbindung (14) mit einem einzelnen Außenkontakt (8) des Leistungshalbleiterbauelements (1) und die großflächige Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) über ein Bondband (15) mit Außenkontakten (7) verbunden sind.
Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) eine Breite (b) aufweist, die geringer ist als die Breite (B) der großflächigen Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) des Leistungshalbleiterchips (5).
Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) eine Aussparung für den Bereich der kleinflächigen Kontaktfläche (11) aufweist.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) auf der großflächigen Kontaktfläche (10) mindestens einen streifenförmigen Fügebereich (16) aufweist, in dem das Bondband (15) mit der großflächigen Kontaktfläche (10) stoffschlüssig verbunden ist, wobei der Fügestreifen (16) die Breite (b) des Bondbandes (15) aufweist.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) über mindestens einen den Abstand (a) zwischen dem Leistungshalbleiterchip (5) und einem Außenkontakt (7,8) überbrückenden Bondbandbogen (17) mit einer Kontaktanschlussfläche (18) auf dem Außenkontakt (7) des Leistungshalbleiterbauelements (1) elektrisch in Verbindung steht.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) auf der großflächigen Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) des Leistungshalbleiterchips (1) mehrere über mindestens einen Bondbogen (17) verbundene Fügestreifen aufweist.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) mit einem Fügestreifen (16) auf einer Kontaktanschlussfläche (18) eines Außenkontaktes (7) stoffschlüssig und elektrisch verbunden ist.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) eine streifenförmige Metallfolie aufweist.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondband (15) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, vorzugsweise mit den Legierungselementen Silizium und Kupfer.
Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die großflächige Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) der Leistungshalbleiterchips (5) eine Edelmetallbeschichtung, vorzugsweise aus Gold aufweist.
Verfahren zur Herstellung von mehreren Leistungshalbleiterbauelementen (1), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen von Leistungshalbleiterchips (5) mit großflächigen Kontaktflächen (9, 10) auf mindestens einer Oberseite (12) zu einer Sourceelektrode (S) und auf einer Rückseite (13) zu einer Drainelektrode (D) sowie mit einer kleinflächigen Kontaktfläche (11) auf der Oberseite (12), deren flächige Ausdehnung mindestens zehnmal kleiner als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen (10) zu einer Gateelektrode (G) ist; – Herstellen eines Flachleiterrahmens aus Flachleitermaterial mit Leistungshalbleiterbauteilpositionen und; – Aufbringen von Leistungshalbleiterchips (5) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen unter stoffschlüssigem Verbinden der großflächigen Kontaktfläche (9) der Rückseite (13) des Leistungshalbleiterchips (5) auf einer zentralen Kontaktanschlussfläche (20) eines oberflächenmontierbaren Außenkontaktes (6) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen; – Herstellen einer Bonddrahtverbindung (14) zwischen der kleinflächigen Kontaktfläche (11) und einem oberflächenmontierbaren Außenkontakt (8) des Leistungshalbleiterbauelements (1); – Aufbringen eines Bondbandes (15) auf die großflächige Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) des Leistungshalbleiterchips (5) unter stoffschlüssigem Verbinden mindestens eines streifenförmigen Fügebereichs (16) des Bondbandes (15) mit der großflächigen Kontaktfläche (10) und unter Ausbilden mindestens eines Bondbandbogens (17) zu einem oberflächenmontierbaren Außenkontakt (7) der Unterseite (21) des Leistungshalbleiterbauelements (1); – Einbetten des Leistungshalbleiterchips (5), des Bonddrahtes (14), des Bondbandes (15) und der Außenkontakte (6, 7, 8) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen in eine Kunststoffgehäusemasse (22), unter Freilassen von Außenkontaktflächen (23, 24, 25) der oberflächenmontierbaren Außenkontakte (6, 7, 8) mindestens auf der Unterseite (21) des Leistungshalbleiterbauelements (1); – Auftrennen des Flachleiterrahmens in einzelne Leistungshalbleiterbauelemente (1).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen von Leistungshalbleiterchips (5) mit großflächigen Kontaktflächen (9, 10) auf mindestens einer Oberseite (12) zu einer Sourceelektrode (S) und auf einer Rückseite (13) zu einer Drainelektrode (D) sowie mit einer kleinflächige Kontaktfläche (11) auf der Oberseite (12), deren flächige Ausdehnung mindestens zehnmal kleiner als die flächige Ausdehnung der großflächigen Kontaktflächen (9, 10) ist, zu einer Gateelektrode (G) ein Halbleiterwafer mit einer Vielzahl von Halbleiterchippositionen verwendet wird, der anschließend zu einzelnen Leistungshalbleiterchips (1) aufgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Flachleiterrahmens aus Flachleitermaterial mit Leistungshalbleiterbauteilpositionen eine kupferhaltige Platte strukturiert wird, wobei Ätz- und/oder Stanztechniken eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum stoffschlüssigen Verbinden der großflächigen Kontaktfläche (9) der Rückseite (13) des Leistungshalbleiterchips (5) auf einer zentralen Außenkontaktfläche (20) eines oberflächenmontierbaren Außenkontaktes (6) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen ein Lötverfahren, vorzugsweise ein Diffusionslötverfahren oder ein Weichlotverfahren oder ein Verfahren unter Einsatz eines Leitklebstoffes verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen eines Bondbandes (15) auf die großflächige Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) des Leistungshalbleiterchips (1) unter stoffschlüssigem Verbinden mindestens eines streifenförmigen Fügebereichs (16) des Bondbandes (15) mit der großflächigen Kontaktfläche (10) und unter Ausbilden mindestens eines Bondbandbogens (17) zu einem oberflächenmontierbaren Außenkontakt (7) der Unterseite (21) des Leistungshalbleiterbauelements (1) mittels Thermokompressionsbonden unter Einsatz eines breiten Bondstichels erfolgt, dessen Auflagefläche auf dem Bondband (15) der Breite (b) des Bondbandes (15) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbetten des Leistungshalbleiterchips (5), des Bonddrahtes (14), des Bondbandes (15) und der Außenkontakte (6, 7, 8) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen in eine Kunststoffgehäusemasse (22) ein Spritzgussverfahren oder ein Dispensverfahren eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der großflächigen Kontaktfläche (10) der Oberseite (12) des Leistungshalleiterchips (1) das Bondband (15) mehrfach gebondet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Bondband (15) eine streifenförmige Aluminiumfolie oder eine Aluminiumlegierungsfolie eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die großflächige Kontaktfläche (10) auf der Oberseite (12) des Leistungshalbleiterchips (5) beim Herstellen der Leistungshalbleiterchips (5) mit Hilfe eines Halbleiterwafers mit einer goldhaltigen Beschichtung versehen wird.