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Dokumentenidentifikation DE102006000724A1 12.07.2007
Titel Halbleiterbauteil mit Durchgangskontakten und mit Kühlkörper sowie Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauteils
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Lanchava, Bakuri, Dr., 93049 Regensburg, DE;
Ahr, Michael, 93164 Laaber, DE
DE-Anmeldedatum 03.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006000724
Offenlegungstag 12.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/055(2006.01)A, F, I, 20060103, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/50(2006.01)A, L, I, 20060103, B, H, DE   H01L 23/36(2006.01)A, L, I, 20060103, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein elektronisches Halbleiterbauteil (1) mit einem Halbleiterchip (3), mit einem elektrisch leitenden flächigen Kühlkörper (4), mit einer Füllschicht (2) und mit Durchgangskontakten (6) weist Ausnehmungen (9) auf der oberen Fläche (19) auf, die die Durchgangskontakte (6) von dem Kühlkörper (4) trennen. Eine zur Herstellung des elektronischen Halbleiterbauteils (1) vorgesehene Moldspinne (4') hat einen im Wesentlichen flächigen Rumpf (4a) und seitliche Finger (4b), die im Herstellverfahren von dem Rumpf (4a) abgetrennt werden.

Beschreibung[de]

Halbleiterbauteil mit Durchgangskontakten und mit Kühlkörper sowie Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauteils.

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit Durchgangskontakten und mit Kühlkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauteils.

Mit kontinuierlicher Erhöhung der Integrationsdichte und der Funktionalität von Halbleiterchips wird eine effektive Abfuhr von Verlustwärme zu einer immer wichtiger werdenden Herausforderung, die sich den Entwicklern in der Halbleiterindustrie stellt. Zur Abfuhr von Verlustwärme werden unter Anderem verschiedene an sich bekannte Gehäuse-Konzepte weiterentwickelt und modifiziert. Andererseits wird versucht, eine weitere Steigerung der Funktionalität durch Zusammenbringen von einzelnen Halbleiterbauteilen zu ganzen Halbleitermodulen zu erzielen. Um den wachsenden Anforderungen an die Halbleiterindustrie gerecht zu werden, stellt sich die Frage nach Verbesserung der Kontaktierungsmöglichkeiten an den Halbleitergehäusen.

Die US 68 189 81 B2 beschreibt ein elektronisches Bauteil, das einen Halbleiterchip, ein Substrat und einen Kühlkörper (Heatspreader) aufweist, wobei der Kühlkörper mit den auf dem Substrat vorgesehenen Kupfer-Kontakten in Verbindung steht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektronisches Halbleiterbauteil derart weiterzubilden, dass es auf zuverlässige und einfache Weise hergestellt werden kann. Des Weiteren soll die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils angeben.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Konstruktion des elektronischen Halbleiterbauteils durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein elektronisches Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterchip, mit einem elektrisch leitenden flächigen Kühlkörper, mit Durchgangskontakten sowie mit einer Füllschicht vorgeschlagen. Das elektronische Bauelement weist eine obere Fläche und eine untere Fläche auf. Der Halbleiterchip, der aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Si oder GaAs gefertigt ist, sowie der Kühlkörper und die Durchgangskontakte sind wenigstens teilweise in der Füllschicht derart eingebettet, dass sich die Durchgangskontakte durch die Füllschicht hindurch erstrecken. Die Durchgangskontakte sind durch Ausnehmungen an der oberen Fläche des elektronischen Bauteils vom Kühlkörper getrennt. Ein Vorteil der flächigen Gestaltung des Kühlkörpers liegt darin, dass die während des Betriebs im Chip erzeugte Wärme auf eine größere Fläche verteilt wird und dementsprechend besser vom Halbleiterchip abgeführt wird. Die Durchgangskontakte kann man sehr flexibel für die weitere Bestückbarkeit des elektronischen Halbleiterbauteils einsetzen. Auch mehrfache Aufeinanderstapelung von Halbleiterbauteilen wird durch diese Durchgangskontakte ermöglicht. Die Durchgangskontakte können auch für Test-Zwecke benutzt werden, ohne die Anschlüsse des Halbleiterchips durch die Nadelkarte oder durch das Auflöten auf dem Test-Board zu beanspruchen.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Ausnehmungen durch Sägen oder Fräsen hergestellt, was zu Säge- bzw. Fräsespuren in den Ausnehmungen führen kann. Alternativ dazu weisen diese Bereiche der Ausnehmungen Frässpuren, was auf die Verwendung von Fräsverfahren zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Halbleiterbauteilen hinweist. In einer weiteren Ausführung der Erfindung können die Ausnehmungen Spuren der Laserablation aufweisen, was auf die Verwendung der Laserablation zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Halbleiterbauteilen hinweist. Wie unten dargestellt, können sowohl Sägen als auch Fräsen oder Laserablation vorteilhaft zur Herstellung von erfindungsgemäßen Ausnehmungen eingesetzt werden. Die dabei entstandenen Spuren deuten auf die Verwendung eines der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der elektronischen Halbleiterbauteile.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Ausnehmungen mit elektrisch isolierendem Material versehen. Diese Ausführungsform erlaubt es, die obere Fläche des Halbleiterbauteils zu glätten bzw. zu planarisieren, was in manchen Anwendungen sehr vorteilhaft sein kann. Insbesondere verbessert sich dadurch die Weiterbearbeitbarkeit bzw. Bestückbarkeit der oberen Fläche des Halbleiterbauteils. Auf der planaren Oberfläche können beispielsweise weitere planare Strukturen erzeugt werden.

An der unteren Fläche des Halbleiterbauteils kann ein Substrat vorgesehen werden. Dabei kann das Substrat eine oder mehrere Umverdrahtungsschichten sowie Kontaktflächen auf beiden Substratflächen aufweisen. Die Umverdahtungen dienen dazu, elektrische Kontaktflächen auf der Substratoberseite, wo sich auch der Halbleiterchip befindet, mit elektrischen Kontaktflächen auf der Substratrückseite zu verbinden. Dadurch wird unter anderem ermöglicht, Abstände zwischen den Anschlusskontakten auf der unteren Seite des Substrats im Vergleich zu den Kontaktabständen auf der aktiven Seite des Halbleiterchips zu vergrößern, was ein leichteres Kontaktieren des Halbleiterbauteils nach außen zur Folge hat. Außerdem erlaubt die Verwendung des Substrats mit Umverdrahtungen die Anschlusskontakte auf der unteren Fläche des Substrats flexibel zu gestalten.

Der Halbleiterchip kann als ein so genannter Wire-Bond-Chip ausgebildet sein. Dabei sind die Kontaktflächen auf der Chipvorderseite mit den Kontaktflächen auf der dem Halbleiterchip zugewandten Seite des Substrats über Bonddrähte elektrisch verbunden. Die Abstände zwischen Bonddrähten, den Durchgangskontakten und den Kühlkörper sind derart gewählt, dass es zu keiner Beeinträchtigung der Bondverbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat kommt und gleichzeitig eine effiziente Wärmeabfuhr durch den Kühlkörper ermöglicht wird.

Als Halbleiterchip in dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil kann auch ein Flip-Chip vorgesehen werden. Dabei steht der Halbleiterchip über die Kontaktflächen auf der Chipvorderseite in elektrischer Verbindung mit entsprechenden Kontaktflächen auf dem Substrat. Dadurch wird eine geringere Gesamtdicke des Halbleiterbauteils erzielt. Durch diese Art der Chipmontage auf dem Substrat werden die Bonddrähte nicht mehr benötigt und auch die Durchgangskontakte werden dabei kürzer. Daher ist dieser Aufbau für Hochfrequenzanwendungen besonders geeignet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Halbleiterbauteil mit mindestens einer Metallschicht bzw. Chipinsel versehen, auf welcher der Halbleiterchip liegt. Die mindestens eine Chipinsel ist zumindest teilweise in der Füllschicht eingebettet. Sie kann mit der unteren Fläche des elektronischen Bauteils bündig abschließen und als direkter Außenkontakt dienen.

Es können weitere Metallinseln bzw. Kontakthöcker vorgesehen werden, die als Anschlüsse für die Bonddrähte dienen können. Sowohl Chipinseln als auch Kontakthöcker können auf vorteilhafter Weise als Außenkontakte benutzt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Aufbau besteht darin, dass man dabei besonders dünnes Halbleiterbauteil erhält, was beim Einsatz des Halbleiterbauteils unter beengten Platzverhältnissen besonders wichtig sein kann. So ein Bauteil lässt sich außerdem leicht herstellen, in dem man ein Leadframe oder ein Substrat mit metallischen Erhöhungen als Unterlage bereitstellt, um dann abschließend, nachdem das Halbleiterbauteil fertig gestellt ist, die Unterlage zu entfernen. Dabei verbleiben an Stellen von metallischen Erhöhungen lokale metallischen Bereiche in Form von Chipinseln und Kontakthöckern, die zu mindest teilweise in der Füllschicht eingebettet sind.

Vorteilhafterweise kann der Kühlkörper Bereiche mit unterschiedlicher Stärke aufweisen. Der mittlere Bereich mit größerer Stärke kann beispielsweise die Funktion des Kühlkörpers als Wärmeverteiler verbessern, denn in diesem Bereich kann der Abstand zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper besonders gering gehalten werden. Im Fall eines Wire-Bond-Chips kann beispielsweise der Kühlkörper zum Teil in den Raum zwischen den Bonddrähten hineinragen, wodurch der Abstand zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper besonders gering ist.

Zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils kann auf seiner oberen Fläche eine Umvertrahtung vorgesehen werden. Diese Umverdrahtung kann ihrerseits als Unterlage für Stapelung bzw. Stacking dienen. Bei Stacking werden mehrere Beuteile oder Bauelemente auf einander gestapelt.

Bei der Bestückung des Halbleiterbauteils mit weiteren Halbleiterbauelementen bzw. Bauteilen können sie auch ohne Umverdrahtung auf der oberen Fläche des Halbleiterbauteils direkt über die Kontaktinseln an dessen oberen Fläche kontaktiert werden.

Die zu bestückenden Bauteile können je nach der Aufgabe sehr unterschiedlich beschaffen sein. Auch ihre Gehäuse können unterschiedliche Gestalt sowie unterschiedliche Kontaktierungselemente ihrer Gehäuse aufweisen. So können auf den Kontaktinseln des Halbleiterbauteils Gehäuse sowohl mit Balls als auch Gehäuse mit Kontaktbeinen auf den Kontaktinseln des Halbleiterbauteils aufgesetzt werden.

Im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruchs 17 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauteils weist die folgenden Verfahrensschritte auf.

In einem ersten Schritt wird ein Substratrohling bereitgestellt. Üblicherweise kann als Substratrohling ein Substratrohling aus einem isolierenden Material mit Umverdrahtungen sowie Kontakten auf beiden Oberflächen verwendet werden. Solche Substrate sind besonders für bestimmte Gehäuseklassen, wie beispielsweise für so genannte BGA-Gehäuse, geeignet.

Andererseits können auch metallische Substrate eingesetzt werden. Solche Substrate haben den Vorteil, dass sie auch als Opfersubstrate dienen können, die in einem späteren Schritt z.B. durch Ätzen leicht entfernt werden können.

In einem zweiten Schritt wird eine Vielzahl von Halbleiterchips auf den Substratrohling aufgebracht. Die Halbleiterchips können mit einer Klebeschicht, Klebefolie oder durch Löten auf den dafür vorgesehen Stellen auf dem Substrat fixiert werden. Das gleichzeitige Aufbringen von mehreren Chips auf den Substratrohling ermöglicht gleichzeitige Herstellung von Halbleitergehäusen in einem parallelisierten Herstellungsverfahren, wodurch der Herstellungsaufwand minimiert werden kann.

In einem Folgeschritt wird der Substratrohling mit speziellen spinnenartigen Konstruktionen, im Folgenden als Moldspinnen genannt, derart bestückt, dass sich unterhalb jeder Moldspinne ein Halbleiterchip befindet, und dass die Moldspinnen mit ihren Aufliegeflächen auf den Substratrohling aufgelegt sind.

In einem nächsten Schritt wird auf den auf diese Weise bestückte Substrat eine Füllschicht aufgetragen.

Danach werden Moldspinnen durch Erzeugung von Ausnehmungen in zwei funktionale Einheiten – nämlich in Kühlkörper, die sich aus den Rümpfen der Moldspinnen ergeben, und in Durchgangskontakte, die aus den abgetrennten Fingern der Moldspinne gebildet werden. Die Durchgangskontakte erstrecken sich dabei durch die Gesamtdicke der Füllschicht hindurch. Auf diese sehr einfache Weise werden in einem einzigen Verfahrensschritt sowohl Durchgangskontakte als auch Kühlkörper erzeugt.

In einem letzten Schritt wird der auf diese Weise erhaltene Nutzen zu den erfindungsgemäßen elektronischen Halbleiterbauteilen vereinzelt.

Vor dem Aufbringen der Füllschicht können Bonddrähte zur elektrischen Verbindung zwischen den sich auf den Halbleiterchips befindlichen Kontaktflächen und denen auf dem Substratrohling vorgesehen werden. Dieses Herstellverfahren ermöglicht den Einsatz von so genannten Wire-Bond-Chips als Halbleiterchips. Das sind Halbleiterchips, deren Kontaktflächen bzw. Kontakt-Pads mit Metalldrähten, den so genannten Bonddrähten, kontaktiert werden.

Für das Aufbringen der Füllschicht ist so genannter Mold-Prozess gut geeignet. Dabei wird ein Mold-Werkzeug bzw. eine Moldkappe auf den mit den Chips und mit den Hitzekronen bestückten Substratrohling derart aufgesetzt, dass sich ein zu moldendes Volumen zwischen dem Substratrohling und der Moldkappe bildet.

Als besonders vorteilhaft erscheint der so genannte Folien-Mold-Prozess. Bei diesem Verfahren wird ein unmittelbarer mechanischer Kontakt zwischen den zu moldenden Kommponenten – wie Halbleiterchips oder Moldspinnen – und dem Moldverkzeug durch Verwendung einer Kunststofffolie vermieden. Diese Kunststofffolie wird auf der Innenfläche des Moldwerkzeugs gelegt und sorgt dafür, dass die zu moldenden Komponenten von oben abgedichtet werden, damit die Füllschicht nicht auf die Obere Fläche von Moldspinnen gelangt. Andererseits sorgt die Kunststoffolie dafür, dass das Moldwerkzeug die Moldspinnen nicht beschädigt.

Die Erzeugung von Ausnehmungen in der oberen Fläche der Füllschicht bzw. in der Moldspinne zur Trennung der Moldspinne in die Kühlkörper und in die Durchgangskontakte kann durch Sägen erfolgen. Das hat den Vorteil, dass man dabei ein Verfahren verwendet kann, das vorzugsweise bei Vereinzelung der Gehäuse verwendet wird. Alternativ dazu kann das Erzeugen von Ausnehmungen durch Laserablation erfolgen. Vorteilhaft bei Verwendung der Laserablation ist die Flexibilität dieser Methode, insbesondere in Bezug auf selektiven Abtrag von Material. Die Selektivität des Abtrags kann dabei sowohl ortsals auch materialabhängig sein. Je nach Bedarf kann durch den Laser die obere Fläche der Moldspinne bzw. des Kühlkörpers je nach Bedarf zusätzlich strukturiert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Vereinzeln der elektronischen Halbleiterbauteile Kontaktierungselemente wie Kontakthöcker bzw. Balls auf der unteren Seite des Substratrohlings aufgebracht. Dabei können die Kontaktierungselemente anwendungsspezifisch flexibel gestaltet werden.

Die Moldspinne zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils gliedert sich in einen im Wesentlichen flächigen Rumpf, mit einer Oberseite und einer Unterseite, und in seitliche Finger, die jeweils minddestens eine Aufliegefläche und mindestens einen Verbindungsbereich aufweisen. Die genaue Form und Dimensionierung der Moldspinne insbesondere der Abstand zwischen der Unterfläche und der Aufliegeflächen, sowie die Anzahl und die Gestaltung der Finger können jeweils bauteilspezifisch gewählt werden um optimale Wirkung zu erzielen.

Die Moldspinne kann derart ausgebildet sein dass, die Aufliegefläche und die Oberseite im Wesentlichen parallel sind. Moldspinne dieser Gestalt lässt sich gut auf das Substrat bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils aufsetzen.

Die Moldspinnen können aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen, gebildet sein.

Die gute thermische Leitfähigkeit ist vor allem im Rumpfbereich der Moldspinnen von Vorteil, denn diese Bereiche später als Kühlkörper dienen. Die gute elektrische Leitfähigkeit ist primär für die Finger der Moldspinne vorteilhaft, da aus diesen Bereichen später Durchgangskontakte gebildet werden.

Werden Moldspinnen einstückig aus einem geeigneten Material gebildet, kann dadurch eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und der Handhabung der Moldspinne erzielt werden.

Die Moldspinne kann auch Bereiche mit unterschiedlicher Stärke aufweisen. Eine solche Gestaltung der Moldpinnen ist dann von Vorteil, wenn auch Kühlkörper, die aus den Moldspinnen gebildet werden, Bereiche unterschiedlicher Stärke aufweisen sollen, beispielsweise einen inneren Bereich mit größerer Stärke und einen äußeren Bereich mit niedrigerer Stärke, die aus den entsprechenden Bereichen der Moldspinnen gebildet werden. Unterhalb der inneren Bereiche kann dann der Abstand zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper besonders gering sein, wodurch die Wärmeabfuhr vom Chip während des Betriebs verbessert wird. Es ist auch vorteilhaft die durchzutrennenden Bereiche der Moldspinne dünn zu halten, um den Herstellungsprozess zu erleichtern.

Die Moldspinne kann auch so ausgebildet sein, dass die Finger mindestens einen Biegebereich aufweisen, und dass die Verbindungsbereiche im Wesentlichen senkrecht zu dem Rumpf der Moldspinne angeordnet sind. Dadurch wird die Gesamtlänge der im Herstellungsprozess aus den Fingern gebildeten Durchgangskontakte möglichst kurz gehalten was besonders vorteilhaft für Hochfrequenzanwendungen ist. Alternativ können die Verbindungselemente als nachgiebige bzw. federnde Elemente ausgebildet sein, wodurch die Zuverlässigkeit des Moldprozess erheblich verbessert werden kann. Denn die Wahrscheinlichkeit von Beschädigung der Moldspinnen durch die Moldkappe dadurch verringert wird.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

2 zeigt eine schematische Seitenansicht des Halbleiterbauteils gemäß 1,

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteils gemäß 1,

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

9 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil gemäß 8,

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil,

11 zeigt einen Stapel mit einem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil,

12 zeigt einen weiteren Stapel mit einem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil,

13 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Moldspinne und

1420 zeigen einzelne Teilprozessschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 1, das eine obere Fläche 19, eine untere Fläche 20 und vier Seitenflächen 22 aufweist, von denen hier nur zwei sichtbar sind. Das Halbleiterbauteil 1 gliedert sich in ein Substrat 7, in einen Halbleiterchip 3 sowie in einen Kühlkörper 4 und in Durchgangskontakte 6. Das Halbleiterbauteil 1 hat ferner elektrisch leitfähige Lotkugeln bzw. Balls 8, die sich auf der unteren Fläche 20 des Halbleiterbauteils 1 befinden.

Das Substrat 7 hat eine Isolierschicht mit darin eingebetteten Umverdrahtungen und Kontaktflächen, die auf den beiden Seiten des Substrats 7 vorgesehen sind. Dabei entspricht hier die untere Fläche des Substrats 7 der unteren Fläche 20 des Halbleiterbauteils 1. Die Umverdrahtungen und die Kontaktflächen des Substrats 7 sind hier nicht gezeigt.

Der Kühlkörper 4 und die Durchgangskontakte 6 sind aus Kupfer gefertigt.

Die Balls 8, die an den Kontaktflächen auf der Unterseite 20 des Substrats 7 angeordnet sind, sind über die sich im Substrat 7 befindlichen Umverdrahtungen mit den Kontaktflächen auf der oberen Seite des Substrats 7 elektrisch verbunden.

Der Halbleiterchip 3 ist aus einem Halbleitermaterial wie Si oder GaAs gefertigt und weist eine Chipvorderseite 17 mit hier nicht gezeigten elektrischen Schaltungen und eine Chiprückseite 18 auf. Die Chipvorderseite 17 weist elektrische Kontaktflächen auf, die hier ebenfalls nicht gezeigt sind.

Der Halbleiterchip 3 liegt mit der Chiprückseite 18 auf dem Substrat 7, wobei die Kontaktflächen auf der Chipvorderseite 17 mit den Kontaktflächen auf der dem Halbleiterchip 3 zugewandten Seite des Substrats 7 über Bonddrähte 5 elektrisch verbunden sind.

Das Halbleiterbauteil 1 weist ferner eine Füllschicht 2 auf, die mit der Chipvorderseite 17 und mit der Chipseitenfläche 23 sowie mit der dem Halbleiterchip 3 zugewandten Seite des Kühlkörpers 4 und mit dem Substrat 7 in Verbindung steht. Der Raum zwischen dem Substrat 7 und dem Kühlkörper 4 ist von der Füllschicht 2 derart ausgefüllt, dass die Bonddrähte 5 in der Füllschicht 2 eingebettet sind. Auch die Durchgangskontakte 6, die sich zwischen dem Substrat 7 und der oberen Fläche 19 befinden, sind seitlich von der Füllschicht 2 umgeben.

Die Füllschicht 2 und das Substrat 7 schließen mit der Seitenfläche 22 des Halbleiterbauteils 1 bündig ab, sodass die Seitenfläche 22 abschnittsweise vom Substrat 7 und von der Füllschicht 2 gebildet ist.

Des Weiteren weist das Halbleiterbauteil 1 durchgehende Ausnehmungen 9 in der oberen Fläche 19 auf, die den Kühlkörper 4 von den Durchgangskontakten 6 trennen und die sich quer durch das ganze Halbleiterbauteil erstrecken, sodass in den Ausnehmungen 9 die Füllschicht 2 frei liegt.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht des Halbleiterbauteils 1 aus 1. In dieser Ansicht sind die Konturen des Halbleiterbauteils 1 gut erkennbar, wobei die durchgehenden Ausnehmungen 9 in der oberen Fläche 19 des Halbleiterbauteils 1 besonders deutlich zu sehen sind.

Außerdem verdeutlicht 2, dass die seitlichen Abmessungen des Halbleiterbauteils 1 durch das Substrat 7 und durch die Füllschicht 2 bestimmt sind.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil 1 aus 1 und 2. Hier sind die oberen freiliegenden Flächen der Durchgangskontakte 6 als Kontaktinseln 21 zu sehen, die entlang der Ausnehmungen 9 an deren äußerem Rand positioniert und voneinander durch Bereiche der Füllschicht 2 getrennt sind. Einen substantiellen Teil der oberen Fläche 19 des Halbleiterbauteils 1 nimmt der Kühlkörper 4 ein, der zentral zwischen den beiden Ausnehmungen 9 liegt und der bündig mit den Innenrändern der Ausnehmungen 9 abschließt. Den Rest der sichtbaren Oberfläche – d.h. außerhalb der Kontaktinseln 21 und des Kühlkörpers 4 – bildet die Füllschicht 2.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 201. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht in wesentlichen Teilen dem Halbleiterbauteil aus 1. Gleichwirkende Teile haben deshalb dieselben Bezugsziffern, jedoch um 200 erhöht. Ein Unterschied zwischen dem hier gezeigten Halbleiterbauteil 201 und dem Halbleiterbauteil 1 aus 1 liegt in der Gestaltung des Kühlkörpers 204, der im Unterschied zu dem Kühlkörper 4 aus 1 zwei Bereiche I, II mit unterschiedlicher Stärke aufweist. Ein innerer Bereich I, der eine größere Stärke als der äußere Bereich II hat, befindet sich oberhalb des Halbleiterchips 203 und ragt zum Teil in den Raum zwischen den Bondrähten 205 hinein. In diesem Bereich ist der Abstand zwischen dem Halbleiterchip 203 und dem Kühlkörper 204d besonders gering. Der äußere Bereich II des Kühlkörpers 204entspricht von der Stärke her in etwa dem Kühlkörper 4 aus 1.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 301. Auch dieses Ausführungsbeispiel entspricht in wesentlichen Teilen dem Halbleiterbauteil aus 1. Gleichwirkende Teile haben deshalb dieselben Bezugsziffern, jedoch um 300 erhöht. Beim Halbleiterchip 303 handelt es sich um einen Flip-Chip, der mit der Chipvorderseite 317 auf dem Substrat 307 aufliegt. Der Halbleiterchip 303 steht über die hier nicht gezeigten Kontaktflächen auf der Chipvorderseite 317 in elektrischer mit entsprechenden hier ebenfalls nicht dargestellten Kontaktflächen auf dem Substrat 307. Die vom Substrat 307 abgewandte Chiprückseite 318, sowie die Seitenflächen 323 des Halbleiterchips 303 sind von der Füllschicht 302 bedeckt.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 401. Auch dieses Ausführungsbeispiel entspricht in wesentlichen Teilen dem Halbleiterbauteil aus 1. Gleichwirkende Teile haben deshalb dieselben Bezugsziffern, jedoch um 400 erhöht.

In dieser Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil 401 eine Chipinsel 11 sowie Kontakthöcker 10 auf. Der Halbleiterchip 403 liegt mit der Chiprückseite 418 auf der Chipinsel 11 auf. Die Bonddrähte 405 verbinden die hier nicht gezeigten Kontaktflächen auf der Chipvorderseite 417 mit den Kontakthöckern 10.

Die freiliegenden Flächen von Kontakthöckern 10, von der Chipinsel 11 sowie die unteren Flächen von den Durchgangskontakten 406 schließen mit der Füllschicht 402 bündig ab, sodass diese Flächen zur Kontaktierung sowie zur weiteren Verarbeitung von außen zugänglich sind.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 501. Auch dieses Ausführungsbeispiel entspricht in wesentlichen Teilen dem Halbleiterbauteil 1 aus 1. Gleichwirkende Teile haben deshalb dieselben Bezugsziffern, jedoch um 500 erhöht.

Im Unterschied zu den oberen Ausführungsformen weist das Halbleiterbauteil 501 einen Umverdrahtungsbereich 13 auf, der mit dem Kühlkörper 504 sowie mit den oberen Flächen der Durchgangskontakte 506 in Verbindung steht. Der Umverdrahtungsbereich 13 weist hier nicht dargestellte Umverdrahtungen sowie hier ebenfalls nicht dargestellte elektrische Anschlüsse an seiner oberen und seiner unteren Flächen auf. Einige dieser Anschlüsse auf der oberen Seite des Umverdrahtungsbereichs 13 sind über die Umverdrahtung und über die Anschlüsse auf der unteren Seite des Umverdrahtungsbereichs 13 mit den Durchgangskontakten 506 elektrisch verbunden.

Die Ausnehmungen 509 zwischen den Durchgangskontakten 506 und dem Kühlkörper 504 sind mit einer Isolationsfüllung 12 versehen.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 601. Auch dieses Ausführungsbeispiel entspricht in wesentlichen Teilen dem Halbleiterbauteil 1 aus 1. Gleichwirkende Teile haben deshalb dieselben Bezugsziffern, jedoch um 600 erhöht.

Diese Ausführungsform der Erfindung weist auf seiner oberen Fläche 619 zwei weitere Ausnehmungen 609' auf, die an die Durchgangskontakten 606 angrenzen und die auf der den Seitenflächen 622 zugewandten Seiten der Durchgangskontakte 606 angeordnet sind.

9 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil 601 gemäß 8. In dieser Ansicht sind die zusätzlichen durchgehenden Ausnehmungen 609 besonders deutlich zu sehen. Rechts und links von dem Kühlkörper 604 sind jeweils zwei durchgehende Ausnehmungen 609, 609' sowie die offenen Flächen von den Durchgangskontakten 606 zu sehen. Außerdem weist das Halbleiterbauteil 601 Blindkontakte 14 zwischen den Ausnehmungen 609 auf beiden Seiten von dem Kühlkörper 604 auf. Den Rest der sichtbaren Oberfläche – d.h. außerhalb der freiliegenden Flächen der Durchgangskontakte 606 und des Kühlkörpers 604 – bildet die Füllschicht 602.

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 701. Diese Ausführungsform unterscheidet sich vom Halbleiterbauteil gemäß 8 und 9 lediglich durch das Vorsehen eines Kühlkörpers 704, der ähnlich wie der Kühlkörper 204 aus 4 zwei Bereiche I' und II' mit unterschiedlicher Stärke aufweist. Dabei besitzt der innere Bereich – oberhalb des Halbleiterchips 703 – eine größere Stärke und ragt zum Teil in den Raum zwischen den Bondrähten 705 hinein, sodass der Abstand d zwischen dem Halbleiterchip 703 und dem Kühlkörper 704 in diesem Bereich besonders gering ist.

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen die Erfindung aufweisenden Stapel aus Halbleiterbauteilen. Der Stapel hat ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil 801 gemäß 1, auf das ein weiteres elektronisches Bauteil 15 mit einem Gehäuse 16 und mit Kontaktierbeinen 867 aufgesetzt ist. Die Kontaktierbeine 867 sind elektrisch vermittels einer Lötschicht mit den Durchgangskontakten 806 verbunden. Die Lötschicht ist hier nicht abgebildet.

12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen weiteren Stapel aus zwei elektronischen Halbleiterbauteilen 901 und 916. Auf der oberen Fläche 919 des erfindungsgemäßes Halbleiterbauteils 901 gemäß 8 befindet sich ein weiteres externes Bauteil 915 mit einem Gehäuse 916, das in Form eines BGA-s ausgeführt ist. Dabei befinden sich die Kontaktierballs 908' des externen Bauteils 915 in elektrischem Kontakt mit den Kontaktinseln der hier nicht dargestellten Durchgangskontakte des Halbleiterbauteils 901.

13 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Moldspinne.

Die Moldspinne 4', die einstückig aus Kupfer gebildet ist, weist einen Rumpf 4a – mit einer Oberseite 4d und einer Unterseite 4e – und mehrere Finger 4b auf, die im seitlichen Bereich der Moldspinne 4' ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind alle Finger 4b gleicher Beschaffenheit und weisen je einen Biegebereich A, je einen Biegebereich B, je einen Längsbereich 4c und je eine Aufliegefläche 4f, wobei der Längsbereich 4c zwischen dem Aufliegebefläche 4f und dem Biegebereichen A erstreckt.

In den Biegebereichen A und in den Aufliegebereichen 4f sind die Finger 4b um etwa 90 Grad gebogen, sodass die Aufliegebereiche 4f und der Rumpf 4a annähernd parallel sind.

1420 zeigen einzelne Teilprozessschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils gemäß 1.

14. zeigt einen ersten Prozessschritt, in dem das Substrat 7 bereitgestellt und mit den Halbleiterchips 3 bestückt wird. Dabei werden die Halbleiterchips 3 mit der Chiprückseite auf die obere Fläche des Substrats 7 gesetzt und vermittels einer hier nicht dargestellten Klebeschicht fixiert.

Anschließend werden die hier nicht gezeigten Kontaktflächen auf der Chipvorderseite 17 mit den ebenfalls nicht dargestellten Kontaktflächen auf der den Halbleiterchips 3 zugewandten oberen Seite des Substrats 7 verbunden und zwar mit den Bonddrähten 5, wie in 14 gezeigt ist.

In einem nächsten Prozessschritt wird das Substrat 7 mit den Moldspinnen 4' bestückt wird, wie in 15 gezeigt ist. Danach wird der Gesamtaufbau mit einer Füllschicht 2 versehen, die mit der oberen Fläche der Moldspinnen 16 bündig abschließt, wie in 16 gezeigt ist.

17 zeigt einen darauf folgenden Schritt, in dem der auf diese Weise entstandene Nutzen mit einem Sägeblatt von oben derart angesägt wird, dass die Moldspinnen 4' in zwei funktionale Einheiten – nämlich in die Kühlkörper 4 und die Durchgangskontakte 6 – aufgeteilt werden. Dabei entstehen die Ausnehmungen 9.

18 zeigt einen nächsten Schritt, in dem die von den Halbleiterchips abgewandte Seite des Substrats 7 mit den Balls 8 versehen wird.

19 zeigt, wie die erfindungsgemäßen Bauteile 1 in einem letzten Schritt aus dem Nutzen aus 18 durch Sägen herausgetrennt werden. Die gestrichelten Linien deuten jeweils die Positionen des Sägeblatts 800' an.

1
Halbleiterbauteil
2
Füllschicht
3
Halbleiterchip
4
Kühlkörper
4'
Hitzespinne
4a
Rump f
4b
Finger
4c
Längsbereich
4d
Oberseite
4e
Unterseite
4f
Aufliegefläche
A,B
Biegebereiche
5
Bonddraht
6
Durchgangskontakte
7
Substrat
8
Ball
9
Asnehmung
10
Kontakthöcker
11
Chipinsel
12
Isolationsfüllung
13
Umverdrahtung
14
Blindkontakt
15
externes Bauteil
16
Gehäuse
17
Chipvorderseite
18
Chiprückseite
19
Obere Fläche
20
Untere Fläche
21
Kontaktinsel
22
Seitenfläche
23
Chipseitenfläche
800
Sägeblatt
867
Kontaktanschluss
888
Nutzen


Anspruch[de]
Elektronisches Halbleiterbauteil (1) mit einer oberen Fläche (19) und mit einer unteren Fläche (20), das einen Halbleiterchip (3), einen elektrisch leitenden Kühlkörper (4), Durchgangskontakte (6) sowie eine Füllschicht (2) aufweist, wobei der Halbleiterchip (3), der Kühlkörper (4) sowie die Durchgangskontakte (6) wenigstens teilweise in der Füllschicht (2) derart eingebettet sind, dass sich die Durchgangskontakte (6) durch die Füllschicht (2) hindurch erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskontakte (6) auf der oberen Fläche (19) durch Ausnehmungen (9) von dem Kühlkörper (4) getrennt sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) durch Sägen oder Fräsen hergestellt sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) durch Ätzen oder Laserablation hergestellt sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) mit einem elektrisch isolierendem Material (12) gefüllt sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Halbleiterchips (3) ein Substrat (7) vorgesehen ist. Elektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (3) als Wire-Bond-Chip ausgebildet ist, wobei Kontaktflächen auf der Chipvorderseite (17) mit Kontaktflächen auf der dem Halbleiterchip (3) zugewandten Seite des Substrats (7) über Bonddrähte (5) elektrisch verbunden sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (301) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (303) ein Flip-Chip ist, wobei der Halbleiterchip (303) über Kontaktflächen auf seiner Chipvorderseite (317) mit Kontaktflächen auf dem Substrat (307) in elektrischer Verbindung steht. Elektronisches Halbleiterbauteil (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Halbleiterchips (403) seine Metallschicht (11) vorgesehen ist. Elektronisches Halbleiterbauteil (401) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (401) Kontakthöcker (10) aufweist, wobei die Kontakthöcker (10) mit dem Halbleiterchip (403) über Bonddrähte (405) elektronisch verbunden sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (401) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (403) mit seinen Kontaktflächen auf der wenigstens einen Metallschicht (11) liegt. Elektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) Bereiche mit unterschiedlicher Stärke aufweist. Elektronisches Halbleiterbauteil (701) nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (704) einen inneren Bereich I und einen äußeren Bereich II aufweist, wobei der innere Bereich I des Kühlkörpers (704) wenigstens teilweise in einen Raum zwischen Bonddrähten (705) hineinragt, die mit dem Halbleiterchip (3) elektrisch verbunden sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (801) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil von außen zugängliche Kontaktinseln (821) aufweist. Elektronisches Halbleiterbauteil (801) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (821) die Kontaktinseln freie Enden der Durchgangskontakte (805) sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (801) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktinseln mit Kontaktanschlüssen eines weiteren Gehäuses (16) verbunden sind. Elektronisches Halbleiterbauteil (501) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fläche (519) mit einer Umverdrahtung (13) versehen ist. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauteils (1) mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines Substratrohlings (7),

– Aufbringen einer Vielzahl von Halbleiterchips (3) auf den Substratrohling (7),

– Versehen der Halbleiterchips (3) mit je einer Moldspinne (4'), mit einem Rumpf (4a) und mit Fingern (4b),

– Aufbringen einer Füllschicht (2) auf den auf diese Weise bestückten Substratrohling, sodass die obere Fläche der Moldspinnen (4') mit der oberen Fläche der Füllschicht (2) bündig abschließt,

– Erzeugen von Ausnehmungen (9) in den Moldspinnen zur Aufteilung der Moldspinnen (4') nale Einheiten, wobei die abgetrennten Finger (4') der Moldspinne die Durchgangskontakte (6) und der Rumpf (4a) der Moldspinne (4') den Kühlkörper (4) ergeben, und wobei sich die Durchgangskontakte (6) zwischen der oberen Fläche (19) und dem Substratrohling (7) durch die Füllschicht (2) hindurch erstrecken,

– Vereinzelung des auf diese Weise erhaltenen Nutzens (888) zu elektronischen Halbleiterbauteilen (1).
Verfahren zur Herstellung des elektronischen Halbleiterbauteils (1) nach Anspruch 16, wobei die Erzeugung von Ausnehmungen (9) durch Sägen, Fräsen, Ätzen oder Laserablation erfolgt. Verfahren zur Herstellung des elektronischen Halbleiterbauteils (1) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vereinzeln des Nutzens (888) zu einzelnen elektronischen Halbleiterbauteilen (1) auf der unteren Seite des Substratrohlings (7) Balls (8) aufgebracht werden. Moldspinne (4') zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauteils mit einem im Wesentlichen flächigen Rumpf (4a), der eine Oberseite (4d) und eine Unterseite (4e) aufweist, und mit seitlichen Fingern (4b), die jeweils wenigstens eine Aufliegefläche (4f) und wenigstens einen Verbindungsbereich (4c) aufweisen, wobei die wenigstens eine Aufliegefläche (4f) zu der Ebene der Oberfläche (4e) beabstandet ist. Moldspinne nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aufliegefläche (4f) und die Oberseite (4d) im Wesentlichen parallel sind. Moldspinnne nach Ansprüchen 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie einstückig aus einem Material mit guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit gefertigt ist. Moldspinne nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpf (4a) Bereiche unterschiedlicher Stärke aufweisen. Moldspinne nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpf (4a) einen inneren und einen äußeren Bereich aufweist, und dass die Stärke des Rumpfs (4a) im inneren Bereich größer ist als im äußeren Bereich. Moldspinnne nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Verbindungsbereiche (4c) im Wesentlichen senkrecht zu dem Rumpf (4a) der Moldspinne angeordnet sind.






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