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Dokumentenidentifikation DE102006016345A1 18.10.2007
Titel Halbleitermodul mit diskreten Bauelementen und Verfahren zur Herstellung desselben
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Bauer, Michael, Dipl.-Ing. (FH), 93152 Nittendorf, DE;
Kessler, Angela, Dr., 93053 Regensburg, DE;
Mahler, Joachim, Dr., 93051 Regensburg, DE;
Haimerl, Alfred, Dr., 93161 Sinzing, DE
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 05.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006016345
Offenlegungstag 18.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse H01L 25/04(2006.01)A, F, I, 20060405, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/498(2006.01)A, L, I, 20060405, B, H, DE   H01L 23/48(2006.01)A, L, I, 20060405, B, H, DE   H01L 21/50(2006.01)A, L, I, 20060405, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul (1) mit gestapelten diskreten Bauelementen (5, 6, 7) und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei weist das Halbleitermodul (1) ein Gehäuse (8) und in dem Gehäuse (8) einen Halbleiterchip (9) auf, der eine aktive Oberseite (11) und eine Rückseite (12) besitzt. Der Halbleiterchip (9) ist auf einem Verdrahtungssubstrat (13) angeordnet, das mit dem Halbleiterchip (9) elektrisch in Verbindung steht. Die diskreten Bauelemente (5, 6, 7) sind auf einem Zwischenträger (14) angeordnet und verdrahtet, der mit dem Verdrahtungssubstrat (13) und/oder dem Halbleiterchip (9) elektrisch in Verbindung steht. Dabei trägt das Verdrahtungssubstrat (13) den Halbleiterchip (9), der Halbleiterchip (9) den Zwischenträger (14) und der Zwischenträger (14) die diskreten Bauelemente (5, 6, 7).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit diskreten Bauelementen in einem Gehäuse, wobei das Halbleitermodul mindestens einen Halbleiterchip aufweist. Der Halbleiterchip ist mit seiner Rückseite auf einem Verdrahtungssubstrat angeordnet, das mit dem Halbleiterchip elektrisch in Verbindung steht.

Ein Halbleitermodul ist aus der Druckschrift DE 102 20 538 A1 bekannt, die ein elektronisches Bauteil als Multichipmodul offenbart. Das Multichipmodul weist in einer Ausführungsform mindestens ein gestapeltes passives Bauelement auf, das auf einer koplanaren Fläche aus Oberseiten von Halbleiterchips und aus der Oberseite einer Kunststoffmasse, in welche die Halbleiterchips mit ihren Rückseiten und Randseiten eingebettet sind, montiert ist. Ein Nachteil des bekannten Multichipmoduls mit einem gestapelten passiven Bauelement ist, dass erst nach dem vollständigen Aufbau des Multichipmoduls die korrekte Funktion des passiven Bauelements getestet werden kann.

Aus der Druckschrift US 6,621,155 B1 ist ein Multichipmodul bekannt, das einen Halbleiterchipstapel mit passiven Bauelementen als Anpassungswiderstände aufweist. Die passiven Bauelemente sind auf dem obersten Halbleiterchip gestapelt, bzw. auf dem obersten Halbleiterchip fixiert und stehen über eine Verdrahtung mit den Halbleiterchips des Halbleiterchipstapels elektrisch in Verbindung. Dieses Multichipmodul mit gestapelten passiven Bauelementen hat den Nachteil, dass nur eine eingeschränkte Möglichkeit vorhanden ist, passive Bauelemente in dem Multichipmodul anzuordnen. Ferner hat das Multichipmodul den Nachteil, dass die Wirkungsweise und die Funktionalität der passiven Bauelemente erst nach dem Zusammenbau des gesamten Multichipmoduls geprüft werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleitermodul mit diskreten Bauelementen in einem Gehäuse zu schaffen, wobei das Halbleitermodul mindestens einen Halbleiterchip aufweist, und der Halbleiterchip mit seiner Rückseite auf einem Verdrahtungssubstrat angeordnet ist, mit welchem der Halbleiterchip elektrisch in Verbindung steht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Halbleitermodul zu schaffen, das die Nachteile im Stand der Technik überwindet und mit kostengünstigen Verfahren herstellbar ist.

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

Erfindungsgemäß wird ein Halbleitermodul mit gestapelten diskreten Bauelementen geschaffen. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls angegeben. Das Halbleitermodul weist ein Gehäuse auf und in dem Gehäuse mindestens einen Halbleiterchip, der eine aktive Oberseite und eine Rückseite besitzt. Der Halbleiterchip ist auf einem Verdrahtungssubstrat angeordnet, das mit dem Halbleiterchip elektrisch in Verbindung steht. Die diskreten Bauelemente sind auf einem Zwischenträger angeordnet und verdrahtet, der mit dem Verdrahtungssubstrat und/oder dem Halbleiterchip elektrisch in Verbindung steht. Dabei trägt das Verdrahtungssubstrat den Halbleiterchip, der Halbleiterchip trägt den Zwischenträger und der Zwischenträger trägt die diskreten Bauelemente.

Ein derartiges Halbleitermodul hat den Vorteil, dass für die benötigten diskreten Bauelemente des Halbleitermoduls kein zusätzlicher Platzbedarf auf dem Verdrahtungssubstrat erforderlich ist, so dass als Verdrahtungssubstrat design- und kostengünstige Verdrahtungssubstrate eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zwischen dem Halbleiterchip und dem Verdrahtungssubstrat eine gute thermische Anbindung vorherrscht, da der Halbleiterchip ganzflächig mit seiner Rückseite von dem Substrat getragen wird.

Ferner hat dieses Modul den Vorteil, dass die diskreten Bauelemente vorab auf dem Zwischenträger als quasi passives Modul elektrisch getestet werden können. Dadurch, dass keine diskreten Bauelemente auf dem Verdrahtungssubstrat zu montieren sind, entsteht auch keine Verschmutzung des Substrats beispielsweise durch Flussmittel, wie sie beim Lötprozess erforderlich wären. Der nächste Vorteil ist vor allem für Hochfrequenzmodule entscheidend, denn es kann die kürzest mögliche elektrische Verbindung der diskreten Bauelemente auf dem Zwischenträger zum Halbleiterchip hin erfolgen. Selbst wenn der Zwischenträger mit den diskreten Bauelementen flächig größer ist, als die Oberfläche des Halbleiterchips, kann durch Verwendung eines Abstandshalters oder durch Verwendung von großen Lotkugeln auf der Unterseite des Zwischenträgers der Zwischenträger mit den diskreten Bauelementen über den Halbleiterchip beim Stapeln hinausragen, ohne die Funktionsfähigkeit des Halbleitermoduls aus diskreten Bauelementen und einem Halbleiterchip zu beeinträchtigen.

Ferner ist die deutliche Trennung zwischen einem Verdrahtungssubstrat mit mindestens einem Halbleiterchip und einem Zwischenträger, auf dem sämtliche ausschließlich diskrete Bauelemente angeordnet sind, von Vorteil, zumal der Zwischenträger selbsttragend sein kann und in unabhängigen Verfahrensschritten parallel zum Verdrahtungssubstrat zusammengebaut werden kann, was die Kosten des Halbleitermoduls reduziert. Außerdem nutzt der Gegenstand der Erfindung die Tatsache, dass die Halbleiterchips in ihrer flächigen Erstreckung ständig größer werden, so dass sie in der Lage sind, eine Zwischenplatte mit aufgebrachten diskreten Bauelementen auf ihrer Oberseite zu tragen. Somit stellt das erfindungsgemäße Halbleitermodul die bisherige Hybridtechnik auf den Kopf, in der bisher großflächige passive Bauelemente als Träger für kleinste Halbleiterchips eingesetzt werden, während dagegen erfindungsgemäß der Halbleiterchip nun die Trägerfunktion für eine Anzahl von passiven Bauelementen übernimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Zwischenträger eine selbsttragende Verdrahtungsplatte mit Verdrahtung auf. Somit ist es möglich, den Zwischenträger mitsamt den diskreten Bauelementen, die vorzugsweise passive Bauelemente, wie es Widerstände, Transistoren oder Kondensatoren sind, oder auch aktive Bauelemente, wie sie Einzeltransistoren oder Einzeldioden sowie Sicherungen gegen Überspannung oder Überstrom darstellen, zu bestücken.

Vorzugsweise weist somit der Zwischenträger Kontaktflächen zum Anschluss der diskreten Bauelemente, Leiterbahnen zur internen und externen Verdrahtung der diskreten Bauelemente und Kontaktanschlussflächen zum Anschluss von Verbindungselementen zwischen dem Zwischenträger und dem Verdrahtungssubstrat und/oder dem Halbleiterchip auf. Dabei können die Kontaktanschlussflächen für die Verbindungselemente auf der Oberseite des Zwischenträgers und/oder auf der Unterseite des Zwischenträgers angeordnet sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Zwischenträger auf seiner Oberseite die diskreten Bauelemente auf, die auf Kontaktflächen fixiert sind, und auf seiner Unterseite weist er Flipchipkontakte oder Lotkugeln auf entsprechenden Kontaktanschlussflächen auf. Diese Flipchipkontakte oder Lotkugeln bilden hier die Verbindungselemente mit einer Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterchips, wobei diese Verdrahtungsstruktur des Halbleiterchips bereits bei der Waferherstellung auf die einzelnen Halbleiterchips eines Wafers aufgebracht werden kann.

Wenn in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die flächige Erstreckung des Zwischenträgers parallel zur Oberseite des Halbleiterchips kleiner als die Oberseite des Halbleiterchips selbst ist, kann der Zwischenträger über die Flipchipkontakte mit dem Halbleiterchip elektrisch in Verbindung stehen. Das hat den Vorteil, dass relativ kleine Verbindungselemente im Vergleich zu Lotkugeln durch die Flipchipkontakte als Verbindungselemente zwischen Zwischenträger und tragendem Halbleiterchip raumsparend hergestellt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers größer als die flächige Erstreckung der Oberseite des Halbleiterchips ist. In diesem Fall können zur Überbrückung des Abstands zwischen Halbleiterchip und Zwischenträger Lotkugeln, die üblicherweise als Außenkontakte eingesetzt werden, hier verwendet werden, so dass genügend Raum bleibt, um Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips über Bonddrähte mit Kontaktanschlussflächen auf einem Verdrahtungssubstrat zu verbinden. Durch den Einsatz von Lotkugeln kann der Halbleiterchip trotz seiner geringeren flächigen Erstreckung als Träger für einen in seiner flächigen Erstreckung größeren Zwischenträger vorteilhaft verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Zwischenträger keine Lotkugeln oder Flipchipkontakte auf, sondern ist vielmehr auf der Oberseite des in seiner flächigen Erstreckung größeren Halbleiterchips angeordnet. Ein derartiger Zwischenträger, der mit seiner Rückseite von der Oberseite des Halbleiterchips getragen wird, weist auf seiner Oberseite eine Verdrahtung mit Kontaktanschlussflächen in Randbereichen auf, die über Bonddrahtverbindungselemente mit Kontaktanschlussflächen in Randbereichen des Verdrahtungssubstrats elektrisch in Verbindung stehen. Auch können einzelne Bondelemente unmittelbar zwischen den Kontaktanschlussflächen des Zwischenträgers auf der Oberseite des Halbleiterchips mit Kontaktflächen des Halbleiterchips direkt in Verbindung stehen.

Damit hat diese Ausführungsform der Erfindung den Vorteil, dass mithilfe der Bondtechnik eine frei wählbare Kombination von Verbindungen zwischen dem Zwischenträger, dem Halbleiterchip und dem Verdrahtungssubstrat möglich ist. Diese unterschiedlichen Verbindungslinien können im Prinzip kurz vor dem Einbetten oder Einbringen des Stapels aus Verdrahtungssubstrat, Halbleiterchip, Zwischenträger und diskreten Bauelementen geplant, entschieden und realisiert werden. Dieses ist von besonderem Vorteil für Halbleitermodule im Rahmen von ASIC-Halbleiterbauteilfertigungen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die flächige Erstreckung des Zwischenträgers größer als die flächige Erstreckung des den Zwischenträger tragenden Halbleiterchips. Um in einem derartigen Fall einen Zwischenträger, der größer ist mit seiner flächigen Erstreckung als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips, auf der Oberseite des Halbleiterchips zu montieren, sieht diese Lösung einen passiven oder elektrisch leitenden Abstandshalter vor, der in seiner flächigen Erstreckung wiederum kleiner ist als der Halbleiterchip. Dadurch wird der Zwischenträger in einem Abstand zum Halbleiterchip gehalten, so dass Bonddrahtverbindungen des Halbleiterchips zum Verdrahtungssubstrat nicht beeinträchtigt werden.

In dieser Ausführungsform der Erfindung kann dann der Zwischenträger mit Kontaktanschlussflächen auf seiner Oberseite mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen der Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats nach Montage des Halbleiterchips, der Verbindungselemente für den Halbleiterchip und nach Montage des Abstandshalters mit Zwischenträger und aufgebrachten diskreten Bauelementen abschließend verbunden werden.

Der Zwischenträger, der oben für die einzelnen Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung beschrieben wird, ermöglicht folglich eine Vielzahl von unterschiedlichen Designkonfigurationen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Halbleitermodul Außenkontakte aufweist, die auf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats angeordnet sind und für eine Montage auf einer übergeordneten Schaltungsplatine oberflächenmontierbar sind. Diese Außenkontakte des Halbleitermoduls auf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats sind über Durchkontakte durch das Verdrahtungssubstrat mit den Kontaktanschlussflächen auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats elektrisch verbunden. Dabei stehen die Kontaktanschlussflächen über Verbindungselemente mit dem Halbleiterchip und/oder mit den diskreten Bauelementen auf dem Zwischenträger elektrisch in Verbindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist es unerheblich, ob nun der Zwischenträger mithilfe von Flipchipkontakten, Lotkugeln und/oder direkt mit seiner Unterseite auf der Oberseite des Halbleiterchips fixiert und damit vom Halbleiterchip getragen wird.

Das Gehäuse kann in vielfältiger Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Kunststoffmasse auf, in die der Halbleiterchip, der Zwischenträger mit diskreten Bauelementen und teilweise das Verdrahtungssubstrat, insbesondere mit seiner Oberseite, eingebettet sind. Dabei kann der Zwischenträger und/oder das Verdrahtungssubstrat eine isolierende Kunststoffplatte sein, die auf der Oberseite und/oder Unterseite mit entsprechenden Verdrahtungsstrukturen ausgestattet ist. Es ist aber auch möglich, dass das Verdrahtungssubstrat und/oder der Zwischenträger eine Keramik aufweisen, was für Hochfrequenzbauelemente von Vorteil ist. Im Fall der Hochfrequenzbauelemente und/oder auch der Leistungsbauelemente kann es von Vorteil sein, dass das Gehäuse einen Hohlraum aufweist, in dem der Halbleiterchip, der Zwischenträger mit den diskreten Bauelementen und teilweise das Verdrahtungssubstrat angeordnet sind.

Ein erstes bevorzugtes Verfahren von mehreren Verfahrensvarianten zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit gestapelten diskreten Bauelementen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Verdrahtungssubstrat mit einer Verdrahtungsstruktur auf seiner Oberseite und Durchkontakten zu seiner Unterseite hergestellt. Parallel dazu werden Halbleiterchips eines Halbleiterwafers mit einer Verdrahtungsstruktur auf ihren Oberseiten versehen und anschließend wird der Halbleiterwafer in einzelne Halbleiterchips getrennt. Schließlich erfolgt ein Bestücken des Verdrahtungssubstrats mit den entsprechend vorbereiteten Halbleiterchips mit einer Verdrahtungsstruktur auf ihren Oberseiten.

Parallel zu diesen zwei vorbereitenden Schritten des Herstellens eines Verdrahtungssubstrats und des Herstellens eines entsprechenden Halbleiterchips mit Verdrahtungsstruktur auf seiner Oberseite wird ein Zwischenträger mit Verdrahtung hergestellt, dessen flächige Erstreckung kleiner ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips. Dieser Zwischenträger wird außerdem mit diskreten Bauelementen auf seiner Oberseite und Flipchipkontakten auf seiner Unterseite bestückt. Nach Vorbereitung dieser drei Hauptkomponenten eines Halbleitermoduls wird der Zwischenträger auf die Oberseite des Halbleiterchips unter stoffschlüssiger Verbindung der Flipchipkontakte des Zwischenträgers mit der Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterchips elektrisch verbunden.

Nun kann das Herstellen von Bonddrahtverbindungen zwischen den Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips mit Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats erfolgen, zumal die Kontaktflächen auf dem Halbleiterchip frei zugänglich für das Anbringen von Bonddrahtverbindungen sind. Diese Anordnung aus gestapelter Verdrahtungsstruktur, die einen Halbleiterchip trägt, wobei der Halbleiterchip wiederum einen Zwischenträger trägt und der Zwischenträger seinerseits diskrete Bauelemente aufweist, wird dann mit Halbleiterchip und diskreten Bauelementen in ein Gehäuse eingebracht.

Dieses Verfahren hat den Vorteil verringerter Zuverlässigkeitsrisiken, da ein Einlöten passiver bzw. diskreter Bauelemente auf dem Verdrahtungssubstrat entfällt, auf dem bereits mindestens ein Halbleiterchip fixiert ist. Außerdem kann das Verdrahtungssubstrat kleiner in seinem Flächenbedarf gestaltet werden, da die diskreten Bauelemente auf einem extra Zwischenträger verdrahtet und fixiert sind. Schließlich besteht die Möglichkeit, aufgrund der Flipchipkontakte für den Zwischenträger, diesen komplett montierten Zwischenträger über die Flipchipkontakte elektrisch in seiner Funktionalität, insbesondere in Bezug auf die diskreten Bauelemente, zu testen, bevor der Zwischenträger mit den diskreten Bauelementen auf eine Verdrahtungsstruktur der Oberseite des Halbleiterchips fixiert wird.

Ein zweites bevorzugtes Verfahren von mehreren Verfahrensvarianten zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit gestapelten diskreten Bauelementen weist zunächst die gleichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Verdrahtungssubstrats bestückt mit einem Halbleiterchip auf. Beim Herstellen des Zwischenträgers sind zwei Merkmale kennzeichnend, zunächst dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers größer ist als die Oberseite des Halbleiterchips, so dass das Aufbringen des Zwischenträgers mit diskreten Bauelementen auf seiner Oberseite erst nach dem Herstellen von Bonddrahtverbindungen zwischen Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips und Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats erfolgen kann.

Im Gegensatz zur ersten Verfahrensvariante ist das Anbringen von Bonddrähten erforderlich, bevor das Aufbringen des Zwischenträgers auf die Oberseite des Halbleiterchips unter stoffschlüssiger Verbindung der Lotkugeln mit dem Zwischenträger erfolgt. Außerdem werden die mit ihrem Volumen größeren Lotkugeln gegenüber den kleineren Flipchipkontakten hier eingesetzt, um einen ausreichenden Abstand zwischen den Bonddrahtverbindungen und der überragenden und flächig größeren Zwischenträgerplatte zu gewährleisten, so dass beim Aufbringen der Zwischenträgerplatte die bereits dann bestehenden Bonddrahtverbindungen nicht beschädigt werden. Danach kann dann wie bei der ersten Verfahrensvariante ein Einbringen des Stapels aus Halbleiterchips und diskreten Bauelementen in ein Gehäuse erfolgen.

Diese beiden ersten Verfahrensvarianten haben zusammen den Vorteil, dass Bonddrahtverbindungen nur zwischen den Kontaktflächen des Halbleiterchips und den Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats erforderlich sind, da die elektrische Verbindung zwischen dem Zwischenträger bzw. den diskreten Bauelementen über die Flipchipkontakte bzw. bei der zweiten Verfahrensvariante über Lotkugeln erfolgt.

Ein drittes bevorzugtes Verfahren von mehreren Verfahrensvarianten zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit gestapelten diskreten Bauelementen weist zunächst die gleichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Verdrahtungssubstrats und zum Bestücken des Verdrahtungssubstrats mit mindestens einem Halbleiterchip auf. Bei dieser dritten Verfahrensvariante ist es vorgesehen, dass der Zwischenträger weder Flipchipkontakte noch Lotkugeln auf seiner Unterseite aufweist, sondern dass der Zwischenträger auf seiner Oberseite eine Verdrahtungsstruktur mit Kontaktanschlussflächen auf den Randbereichen des Zwischenträgers aufweist.

Gleichzeitig soll dieser Zwischenträger in seiner flächigen Erstreckung kleiner sein als die flächige Erstreckung der Oberseite des Halbleiterchips. Ein derartiger Zwischenträger wird zunächst bei dieser dritten Verfahrensvariante mit diskreten Bauelementen auf seiner Oberseite bestückt, und anschließend kann das Aufbringen des Zwischenträgers auf die Oberseite des Halbleiterchips unter stoffschlüssiger Verbindung der Unterseite des Zwischenträgers mit der Oberseite des Halbleiterchips erfolgen.

Ein Vorteil ist, dass der Halbleiterchip keine auf den Zwischenträger abgestimmte zusätzliche Verdrahtungsstruktur auf seiner Oberseite aufweisen muss, sondern dass der Zwischenträger nun mit seiner Rückseite direkt auf der Oberseite des Halbleiterchips unter Freilassen der Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips fixiert werden kann.

Anschließend erfolgt nun das Verbinden der Kontaktflächen des Halbleiterchips, die frei zugänglich sind, mit Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats, und schließlich kann auch ein Verbinden von Kontaktanschlussflächen der Verdrahtung des Zwischenträgers mit Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats erfolgen.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass mit einem Verdrahtungsschritt sämtliche Drahtverbindungen sowohl zwischen Halbleiterchip und Verdrahtungssubstrat als auch zwischen Zwischenträger und Verdrahtungssubstrat durchgeführt werden können. Schließlich kann dieser fertig verdrahtete Stapel aus Halbleiterchip und diskreten Bauelementen in ein Gehäuse eingebracht werden.

Bei diesem Verfahren entsteht ein Halbleitermodul, das gegenüber den vorhergehenden beiden Verfahren den zusätzlichen Vorteil hat, dass die Bauhöhe geringer ist, da der Zwischenträger direkt auf der Oberseite des Halbleiterchips fixiert werden kann, zumal seine flächige Erstreckung kleiner ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips. Außerdem hat es den Vorteil, dass keine zusätzliche Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterchips benötigt wird. Auch Verbindungselemente in Form von Flipchipkontakten und/oder Lotkugeln müssen nicht vorgesehen werden. Damit werden gleichzeitig die Kosten der Fertigstellung eines derartigen Halbleitermoduls geringer gegenüber den Kosten der vorhergebenden beiden Verfahrensvarianten.

Ein viertes bevorzugtes Verfahren von mehreren Verfahrensvarianten zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit gestapelten diskreten Bauelementen weist wiederum für das Herstellen des Verdrahtungssubstrats und Bestückten des Verdrahtungssubstrats mit einem entsprechendem Halbleiterchip die gleichen Verfahrensschritte auf wie die dritte Verfahrensvariante. Jedoch unterscheidet sich die vierte Verfahrensvariante von der dritten Verfahrensvariante dadurch, dass ein Zwischenträger mit diskreten Bauelementen vorgesehen ist, dessen flächige Erstreckung größer ist als die flächige Erstreckung der Oberseite des Halbleiterchips. In diesem Fall wird zusätzlich eine Adapterplatte zur Abstandshalterung zwischen der Oberseite des Halbleiterchips und der Unterseite des Zwischenträgers vorgesehen.

Außerdem erfolgt das Verbinden der Kontaktflächen des Halbleiterchips mit Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats über entsprechende Bonddrahtverbindungen vor dem Aufbringen des Zwischenträgers. Damit kann das Verbinden von Kontaktanschlussflächen einer Verdrahtung des Zwischenträgers mit Kontaktanschlussflächen des Verdrahtungssubstrats erfolgen, wenn der Zwischenträger auf die Abstandsplatte unter stoffschlüssiger Verbindung der Unterseite des zwichenträgers mit der Abstandsplatte erfolgt ist. Damit ist die Verdrahtung und der Stapel aus Verdrahtungssubstrat, Halbleiterchip, Abstandshalter, Zwischenträger und diskreten Bauelementen abgeschlossen, und der Stapel kann nun in ein Gehäuse eingebracht werden.

Für alle vier Varianten wird vorzugsweise zum Herstellen des Verdrahtungssubstrats eine Verdrahtungsstruktur auf: der Oberseite und auf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats strukturiert. Die Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite wird mit Kontaktanschlussflächen für Verbindungselemente zu dem Halbleiterchip ausgestattet. Außerdem werden die Kontaktanschlussflächen über Leiterbahnen mit Durchkontakten durch das Verdrahtungssubstrat verbunden. Auf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats werden Außenkontaktflächen für das Halbleitermodul vorgesehen, die über Leiterbahnen der der Verdrahtungsstruktur der Unterseite mit den Durchkontakten elektrisch in Verbindung stehen.

Ein derartiges Verdrahtungssubstrat stellt sicher, dass das Halbleitermodul oberflächenmontierbare Außenkontaktflächen aufweist, auf die falls es erforderlich ist, auch Außenkontakte in Form von Lothöckern oder Lotkugeln oder/und Lotdepots aufbringbar sind. Bei den ersten beiden Verfahrensvarianten ist es vorgesehen, dass eine Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterchips passend zu den Flipchipkontakten bzw. den Lotkugeln des Zwischenträgers strukturiert ist. Dieses Herstellen einer Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterchips wird gleichzeitig für eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf der Oberseite eines Halbleiterwafers durchgeführt und steht dann nach Auftrennen des Halbleiterwafers auf den einzelnen Halbleiterchips für das Aufbringen von Flipchipkontakten bzw. Lotkugeln der Zwischenträgers zur Verfügung.

Beim Bestücken des Verdrahtungssubstrats mit dem Halbleiterchip wird der Halbleiterchip mit seiner Rückseite auf einer Chipmontagefläche der Oberseite der Verdrahtungsstruktur fixiert, indem vorzugsweise die Rückseite des Halbleiterchips aufgelötet oder mit einem Leitkleber aufgebracht wird.

Während bei den letzten beiden Verfahrensvarianten, nämlich der dritten und vierten Verfahrensvariante, ein Zwischenträger eingesetzt werden kann, der lediglich eine Verdrahtung auf seiner Oberseite aufweist, wird zum Herstellen des Zwischenträgers bei den ersten beiden Verfahrensvarianten eine Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite und auf der Unterseite strukturiert. Dabei wird der Zwischenträger auf seiner Oberseite mit Kontaktflächen für die diskreten Bauelemente ausgestattet. Diese Kontaktflächen werden über Leiterbahnen mit Durchkontakten durch den Zwischenträger verbunden, und die Durchkontakte stehen auf der Unterseite des Zwischenträgers mit Kontaktanschlussflächen für Flipchipkontakte bzw. Lotkugeln in Verbindung. Die Position der Lotkugeln bzw. der Flipchipkontakte wird auf Kontaktflächen einer zusätzlichen Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterchips ausgerichtet. Bei der Montage des Zwischenträgers auf der Oberseite des Halbleiterchips werden schließlich die Flipchipkontakte mit diesen Kontaktflächen stoffschlüssig verbunden. Schließlich erfolgt das Bestücken des Zwischenträgers mit diskreten Bauelementen, indem die Elektroden der diskreten Bauelemente auf Kontaktflächen auf der Oberseite des Zwischenträgers gelötet oder mit einem Leitkleber geklebt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul mit diskreten Bauelementen auf einem Zwischenträger für ein Halbleitermodul einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul mit mindestens einem Halbleiterchip auf einem Verdrahtungssubstrat für das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel aus dem Basismodul gemäß 2 und dem Hilfsmodul gemäß 1;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Stapel gemäß 3 nach Aufbringen von Bonddrahtverbindungen;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul mit diskreten Bauelementen auf einem Zwischenträger für ein Halbleitermodul einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul mit mindestens einem Halbleiterchip auf einem Verdrahtungssubstrat für das Halbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel aus dem Basismodul gemäß 7 und dem Hilfsmodul gemäß 6;

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul mit diskreten Bauelementen auf einem Zwischenträger für ein Halbleitermodul einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul mit mindestens einem Halbleiterchip auf einem Verdrahtungssubstrat für das Halbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;

12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel aus dem Basismodul gemäß 11 und dem Hilfsmodul gemäß 10;

13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;

14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul mit diskreten Bauelementen auf einem Zwischenträger für ein Halbleitermodul einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul mit mindestens einem Halbleiterchip auf einem Verdrahtungssubstrat für das Halbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;

16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel aus dem Basismodul gemäß 15 und dem Hilfsmodul gemäß 14;

17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul 46 mit diskreten Bauelementen 5, 6 und 7 auf einem Zwischenträger 14 für ein Halbleitermodul einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung weist der Zwischenträger 14 eine Verdrahtung 16 auf der Oberseite 18 und eine Verdrahtung 17 auf der Unterseite 24 auf. Die Verdrahtung 16 auf der Oberseite 18 ist mit der Verdrahtung 17 auf der Unterseite 24 über Durchkontakte 45 durch den Zwischenträger 14, der als Verdrahtungsplatte 15 ausgebildet ist, verbunden. Die Verdrahtung 16 auf der Oberseite 18 des Zwischenträgers 14 weist Kontaktflächen 19 auf, die derart angeordnet sind, dass Elektroden 20 der diskreten Bauelemente 5, 6 und 7 mit den Kontaktflächen 19 stoffschlüssig verbunden werden können. Außerdem weist die Verdrahtung 16 auf der Oberseite 18 des Zwischenträgers 14 Leiterbahnen 21 auf, welche die Kontaktflächen 19 mit den Durchkontakten 45 elektrisch verbinden.

Die Verdrahtung 17 auf der Unterseite 24 des Zwischenträgers 14 weist Kontaktanschlussflächen 22 für Verbindungselemente 23 auf, die in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung Flipchipkontakte 25 sind. Die diskreten Bauelemente 5, 6 und 7 auf der Oberseite 18 der selbsttragenden Verdrahtungsplatte 15 des Hilfsmoduls 46 können passive Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren oder Induktivitäten sein oder aktive diskrete Bauelemente wie beispielsweise Dioden oder Transistoren, insbesondere Hochfrequenztransistoren oder Schutzdioden aufweisen. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist die flächige Erstreckung der Oberseite 18 bzw. der Unterseite 24 der Verdrahtungsplatte 15 geringer als die flächige Erstreckung eines Halbleiterchips, der dieses Hilfsmodul 46 auf seiner Oberseite tragen soll.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul 47 mit mindestens einem Halbleiterchip 9 auf einem Verdrahtungssubstrat 13 für das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist das Verdrahtungssubstrat 13 auf seiner Unterseite 36, die gleichzeitig die Unterseite des Halbleitermoduls darstellt, Außenkontaktflächen 43 auf, die für das Anbringen von Außenkontakten des Halbleitermoduls vorgesehen sind. Diese Außenkontaktflächen 43 stehen über Durchkontakte 38 mit Kontaktanschlussflächen 31 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 elektrisch in Verbindung. Die Außenkontaktflächen 43 und die Kontaktanschlussflächen 31 sind in Randbereichen 32 des Verdrahtungssubstrats 13 angeordnet, wobei das Verdrahtungssubstrat mehrlagig ausgeführt sein und zwischen Isolationslagen 48, 49 und 50 weitere strukturierte Metalllagen 51 und 52 aufweisen kann.

Die Kontaktanschlussflächen 31 sind Elemente einer Verdrahtungsstruktur 41 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13, wobei die Verdrahtungsstruktur 41 im Zentrum der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 eine Chipmontagefläche 44 aufweist, auf der mindestens ein Halbleiterchip 9 dieses Basismoduls 47 mit seiner Rückseite 12 stoffschlüssig fixiert ist. Diese stoffschlüssige Fixierung kann eine Lotverbindung und/oder eine Leitklebstoffverbindung aufweisen, sofern die Chipmontagefläche 44 eine Metallfläche ist, mit der die Rückseite 12 des Halbleiterchips 9 elektrisch verbunden werden soll.

Auf der Oberseite 11 des Halbleiterchips ist eine zusätzliche Verdrahtungsstruktur 27 angeordnet, welche einerseits Kontaktflächen 42 aufweist, die in Größe und Anordnung den Flipchipkontakten des in 1 gezeigten Hilfsmoduls 46 angepasst sind, und außerdem Kontaktflächen 42 in Randbereichen des Halbleiterchips 9 aufweist, die für Verbindungselemente vorgesehen sind. Zwischen den Kontaktflächen 42 in den Randbereichen und den Kontaktflächen 42 für die Flipchipkontakte 25, die in 1 gezeigt werden, sind Leiterbahnen 53 angeordnet, welche die zentralen Kontaktflächen 42 mit den Kontaktflächen 42 im Randbereich des Halbleiterchips 9 verbinden.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel 28 aus dem Basismodul 47 gemäß 2 und dem Hilfsmodul 46 gemäß 1 nach Aufbringen des Hilfsmoduls 46 auf die Oberseite 11 des Halbleiterchips 9. Da das Hilfsmodul 46 in der flächigen Erstreckung des Zwischenträgers 14 kleiner ist als die Oberseite 11 des Halbleiterchips 9, bleiben Randbereiche des Halbleiterchips 9 frei zugänglich, auf denen sich die Kontaktflächen 42 für Verbindungselemente der Verdrahtungsstruktur 27 befinden. Somit ist es möglich, von den Kontaktflächen 42 in Randbereichen des Halbleiterchips 9 zu Kontaktanschlussflächen 31 des Verdrahtungssubstrats 13 Bonddrahtverbindungen herzustellen.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Stapel 28 gemäß 3 nach Aufbringen von Bonddrahtverbindungen 30. Über diese Bonddrahtverbindungen 30 als Verbindungselemente zwischen den Kontaktanschlussflächen 31 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 und den Kontaktflächen 42 in Randbereichen des Halbleiterchips 9 sind auch die diskreten Bauelemente 5, 6 und 7 des Stapels 28 mit den Außenkontaktflächen 43 des Verdrahtungssubstrats 13 und damit des Halbleitermoduls elektrisch verbunden.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Um das Halbleitermodul 1 zu vervollständigen, wird der Stapel 28 wie er in 4 gezeigt wird, mit einer Kunststoffgehäusemasse 40 versehen, in welche die diskreten Bauelemente 5, 6 und 7, der Zwischenträger 14, der Halbleiterchip 9 und die Verbindungselemente 23 sowie die Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 eingebettet werden. Auf die Außenkontaktflächen 43 in den Randbereichen 32 der Unterseite 36 sind in dieser Ausführungsform der Erfindung als Außenkontakte 37 Lotkugeln 54 angeordnet.

In den nachfolgenden 6 bis 17 werden drei weitere Ausführungsformen, mit ihrem Aufbau und ihrem Zusammenbau zur Erläuterung der Erfindung erörtert. Dabei werden Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den 1-5 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul 46 mit diskreten Bauelementen 5, 6 und 7 auf einem Zwischenträger 14 für ein Halbleitermodul einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zu dem in 1 gezeigten Hilfsmodul 46 besteht darin, dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers 14 des Hilfsmoduls 46 größer ist als die flächige Erstreckung einer Oberseite eines vorgesehenen Halbleiterchips zum Tragen des Zwischenträgers 14. Um sicherzustellen, dass die geplanten Bonddrahtverbindungen für ein Verbinden eines Halbleiterchips mit einem Verdrahtungssubstrat nicht von den in seiner flächigen Erstreckung größeren Hilfsmodul 46 beschädigt werden, sind in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung keine Flipchipkontakte vorgesehen sondern vielmehr Lotkugeln 26, die einen deutlich größeren Durchmesser aufweisen, und damit einen größeren Zwischenraum für das Unterbringen von Bonddrahtverbindungen zwischen Halbleiterchip und Zwischenträger gewährleisten.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul 47 mit mindestens einem Halbleiterchip 9 auf einem Verdrahtungssubstrat 13 für das Halbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach Anbringen von Bonddrahtverbindungen 30 zwischen Kontaktflächen 42 im Randbereich des Halbleiterchip 9 mit Kontaktanschlussflächen 31 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13. Da die flächige Erstreckung des Hilfsmoduls 46, das in 6 gezeigt wird, größer ist als die flächige Erstreckung der Oberseite 11 des Halbleiterchips 9, werden Bonddrahtverbindungen 30 für das Basismodul 47 noch vor dem Aufbringen des Hilfsmoduls 46 auf die Oberseite 11 des Halbleiterchips 9 zwischen den Kontaktflächen 42 auf der Oberseite 11 des Halbleiterchips 9 mit den Kontaktanschlussflächen 31 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 hergestellt. Erst danach kann eine Stapeln des Hilfsträgers 46 auf der Oberseite 11 des Halbleiterchips 9 erfolgen.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel 28 aus dem Basismodul 47 gemäß 7 und dem Hilfsmodul 46 gemäß 6 nach Aufbringen des Hilfsmoduls 46 auf die Oberseite 11 des Halbleiterchips 9. Durch die Lotkugeln 26, welche die Verbindungselemente 23 zwischen dem Hilfsmodul 46 und dem Basismodul 47 in 8 darstellen, wird ein Zwischenraum zwischen der Unterseite 24 des Zwischenträgers 14 und der Oberseite 11 des Halbleiterchips 9 sichergestellt, der die Bondverbindungen 30 zwischen Kontaktflächen 42 des Halbleiterchips 9 und den Kontaktanschlussflächen 41 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 gewährleistet.

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung nach Aufbringen einer Kunststoffmasse 40 unter Einbetten des Halbleiterchips 9, des Zwischenträgers 14, der von dem Halbleiterchip 9 getragen wird, und der diskreten Bauelemente 5, 6 und 7, die wiederum von dem Zwischenträger getragen werden. Außerdem sind auf der Unterseite 36 des Verdrahtungssubstrats 13 Außenkontakte 37 angebracht, um eine Oberflächenmontage des nun fertigen Halbleitermoduls 2 auf einer nicht gezeigten übergeordneten Schaltungsplatine zu ermöglichen.

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul 46 mit diskreten Bauelementen 5, 6 und 7 auf einem Zwischenträger 14 für ein Halbleitermodul einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Zwischenträger 14 unterscheidet sich von den vorhergehenden Zwischenträgern in den 1 und 6 dadurch, dass der Zwischenträger keine Verdrahtungsstruktur auf der Unterseite 24 und auch keine Flipchipkontakte oder Lotkugeln auf der Unterseite 24 aufweist. Lediglich auf der Oberseite 18 sind Leiterbahnen 21 und Kontaktflächen 19 für die Elektroden 20 der diskreten Bauelemente 5, 6 und 7 sowie Kontaktanschlussflächen 22 für das Anbringen von Verbindungselementen in den Randbereichen 29 des Zwischenträgers 14 angeordnet. Der Zwischenträger 14 kann damit kostengünstiger gefertigt werden, da er nur einseitig eine Verdrahtungsstruktur 16 aufweist.

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul 47 mit mindestens einem Halbleiterchip 10 auf einem Verdrahtungssubstrat 13 für das Halbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Basismodul kann ein Halbleiterchip 10 eingesetzt werden, der keine zusätzliche Verdrahtungsstruktur auf seiner Oberseite 11 erfordert, sondern lediglich die üblichen Kontaktflächen 42 in Randbereichen des Halbleiterchips 10 aufweist. Auch dieses wirkt sich kostengünstig für die Fertigstellung des Halbleitermoduls aus. Lediglich das Verdrahtungssubstrat 13 weist zusätzliche Kontaktanschlussflächen 31 auf der Oberseite 29 des Verdrahtungssubstrats 13 auf, so dass sowohl der Zwischenträger 14 als auch der Halbleiterchip 10 mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen 31 des Verdrahtungssubstrats 13 verbunden werden kann.

12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel 28 aus dem Basismodul 47 gemäß 11 und dem Hilfsmodul 46 gemäß 10 nach Aufbringen des Halbleitermoduls 46 auf die Oberseite 11 des Halbleiterchips 10 und Anbringen von Bonddrahtverbindungen 30. Dazu ist die Unterseite 24 stoffschlüssig mit der Oberseite 11 des Halbleiterchips 10 verbunden. Nun können die in 12 gezeigten Bonddrahtverbindungen 30 hergestellt werden. Da sowohl die Kontaktanschlussflächen 22 des Zwischenträgers 14 als auch die Kontaktflächen 42 des Halbleiterchips frei zugänglich sind, können sämtliche Bonddrahtverbindungen nacheinander erfolgen. Außerdem ist es möglich, Bonddrähte direkt zwischen den Kontaktanschlussflächen 22 des Zwischenträgers 14 und den Kontaktflächen 42 des Halbleiterchips anzubringen, so dass kürzeste Verbindungen zwischen den Bauelementen 5, 6 und 7 und entsprechenden Komponenten an der Oberseite 11 des Halbleiterchips 10 hergestellt werden können. Derartige kurze Bonddrahtverbindungen wurden aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung in 12 weggelassen.

13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 3 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Um dieses Halbleitermodul 3 zu vollenden, wurde lediglich eine Kunststoffmasse 40 auf die Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 unter Einbetten von Halbleiterchip 10, Zwischenträger 14 und diskreten Bauelementen 5, 6 und 7 sowie der Verbindungselemente 23 aufgebracht. Außerdem wurden auf der Unterseite 36 im Randbereich 32 Außenkontakte 37 in Form von oberflächenmontierbaren Lotkugeln 54 aufgelötet.

14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein stapelbares Hilfsmodul 46 mit diskreten Bauelementen 5, 6 und 7 auf einem Zwischenträger 14 für ein Halbleitermodul einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorgehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Zwischenträger 14 für das Halbleitermodul der vierten Ausführungsform der Erfindung entspricht in seinem Aufbau dem in 11 gezeigten Zwischenträger, jedoch ist die flächige Erstreckung des Zwischenträgers 14 größer als die flächige Erstreckung der Oberfläche des Halbleiterchips, der diesen Zwischenträger tragen soll.

15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Basismodul 47 mit mindestens einem Halbleiterchip 10 auf einem Verdrahtungssubstrat 13 für das Halbleitermodul der vierten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Basismodul 47 unterscheidet sich von dem Basismodul 47, das in 11 gezeigt wird, lediglich dadurch, dass bereits die Kontaktflächen 42 im Randbereich des Halbleiterchips 10 über Bonddrahtverbindungen 30 mit Kontaktanschlussflächen 31 des Verdrahtungssubstrats 1 verbunden sind, bevor der in 14 gezeigte Zwischenträger 14 mit seinen Randbereichen 29, die über den Halbleiterchip 10 hinausragen, auf der Oberseite 11 des Halbleiterchips 10 fixiert werden kann. Um dieses trotz der bereits erfolgten Bonddrahtverbindungen 30 zu ermöglichen, wird zunächst eine Abstandsplatte 33, die in 16 gezeigt wird, auf der Oberseite des Halbleiterchips 10 fixiert.

16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Stapel 28 aus dem Basismodul 47 gemäß 15 und dem Hilfsmodul 46 gemäß 14 nach Aufbringen des Halbleitermoduls 46 auf einer Abstandsplatte 33, die auf der Oberseite 11 des Halbleiterchips 10 angeordnet ist. Diese Abstandsplatte 33 dient als Abstandshalter und gewährt einen ausreichenden Zwischenraum für die bereits montierten Bonddrahtverbindungen 30 zwischen dem Halbleiterchip 10 und der Verdrahtungsstruktur 13. Nachdem der Zwischenträger 14 mit den diskreten Bauelementen 5, 6 und 7 und der Abstandsplatte 33 auf der Oberseite 11 des Halbleiterchips 10 montiert sind, können nun auch Bonddrahtverbindungen zwischen Kontaktanschlussflächen 22 der Verdrahtung 16 auf der Oberseite 18 des Zwischenträgers 14 mit entsprechenden vorbereiteten Kontaktanschlussflächen 31 auf der Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 hergestellt werden.

17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 4 einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Vor Vollendung des Halbleitermoduls 4 wird wiederum eine Kunststoffmasse auf die Oberseite 39 des Verdrahtungssubstrats 13 aufgebracht, mit welcher der Halbleiterchip 10 und seine Randseiten 34 und 35, die Abstandsplatte 33, der Zwischenträger 14 und die darauf angeordneten diskreten Bauelemente 5, 6 und 7 eingebettet werden. Für eine Oberflächenmontage eines derartigen Halbleitermoduls sind in dieser vierten Ausführungsform der Erfindung Außenkontakte 37 auf den Außenkontaktflächen 34 auf der Unterseite 36 des Verdrahtungssubstrats 13 in Form von Lotkugeln 54 angeordnet.

1
Halbleitermodul (1. Ausführungsform der Erfindung)
2
Halbleitermodul (2. Ausführungsform)
3
Halbleitermodul (3. Ausführungsform)
4
Halbleitermodul (4. Ausführungsform)
5
diskretes Bauelement
6
diskretes Bauelement
7
diskretes Bauelement
8
Gehäuse
9
Halbleiterchip (1. und 2. Ausführungsform)
10
Halbleiterchip (3. und 4. Ausführungsform)
11
aktive Oberseite des Halbleiterchips
12
Rückseite des Halbleiterchips
13
Verdrahtungssubstrat
14
Zwischenträger
15
Verdrahtungsplatte
16
Verdrahtung des Zwischenträgers (Oberseite)
17
Verdrahtung des Zwischenträgers (Unterseite)
18
Oberseite des Zwischenträgers
19
Kontaktfläche für Elektroden auf Zwischenträger
20
Elektrode der diskreten Bauelemente
21
Leiterbahn auf Zwischenträger
22
Kontaktanschlussfläche auf Zwischenträger
23
Verbindungselement (Flipchipkontakt, Lotkugel, Bonddraht)
24
Unterseite des Zwischenträgers
25
Flipchipkontakt
26
Lotkugel
27
Verdrahtungsstruktur (auf Oberseite des Halbleiterchips)
28
Stapel
29
Randbereich des Zwischenträgers
30
Bonddrahtverbindung
31
Kontaktanschlussfläche (auf Verdrahtungssubstrat)
32
Randbereich des Verdrahtungssubstrats
33
Abstandsplatte bzw. Abstandshalter
34
Rand des Halbleiterchips
35
Rand des Halbleiterchips
36
Unterseite des Verdrahtungssubstrats
37
Außenkontakt des Halbleitermoduls
38
Durchkontakt des Verdrahtungssubstrats
39
Oberseite des Verdrahtungssubstrats
40
Kunststoffmasse bzw. Kunststoffgehäusemasse
41
Verdrahtungsstruktur der Oberseite des Verdrahtungssubstrats
42
Kontaktfläche auf Oberseite des Halbleiterchips
43
Außenkontaktfläche des Verdrahtungssubstrats
44
Chipmontagefläche
45
Durchkontakt durch Zwischenträger
46
Hilfsmodul
47
Basismodul
48
Isolationslage
49
Isolationslage
50
Isolationslage
51
strukturierte Metalllage
52
strukturierte Metalllage
53
Leiterbahn der Verdrahtungsstruktur des Halbleiterchips
54
Lotkugeln


Anspruch[de]
Halbleitermodul mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) in einem Gehäuse (8), wobei das Halbleitermodul (1-4) einen Halbleiterchip (9, 10) aufweist, der eine aktive Oberseite (11) und eine Rückseite (12) besitzt und auf einem Verdrahtungssubstrat (13) angeordnet ist, das mit dem Halbleiterchip (9) elektrisch in Verbindung steht, und wobei die diskreten Bauelemente (5, 6, 7) auf einem Zwischenträger (14) angeordnet und verdrahtet sind, der auf dem Halbleiterchip (9, 10) gestapelt ist und mit dem Verdrahtungssubstrat (13) und/oder dem Halbleiterchip (9, 10) elektrisch in Verbindung steht, und wobei das Verdrahtungssubstrat (13) den Halbleiterchip (9, 10), der Halbleiterchip (9, 10) den Zwischenträger (14) und der Zwischenträger (14) die diskreten Bauelemente (5, 6, 7) trägt. Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (14) eine selbsttragende Verdrahtungsplatte (15) mit Verdrahtung (16) aufweist. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (14) passive Bauteile als diskrete Bauelemente (5, 6, 7) auf seiner Oberseite (18) aufweist. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (14) Kontaktflächen (19) zum Anschluss der Elektroden der diskreten Bauelemente (20), Leiterbahnen (21) zur internen und externen Verdrahtung der diskreten Bauelemente (5, 6, 7) und Kontaktanschlussflächen (22) zum Anschluss von Verbindungselementen (23) aufweist. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (14) auf seiner Oberseite (18) die diskreten Bauelemente (5, 6, 7) auf Kontaktflächen (19) und auf seiner Unterseite (24) Flipchipkontakte (25) oder Lotkugeln (26) auf Kontaktanschlussflächen (22) aufweist, wobei die Flipchipkontakte (25) oder Lotkugeln (26) als Verbindungselemente (23) mit einer Verdrahtungsstruktur (27) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) elektrisch in Verbindung stehen. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers (14) kleiner als die Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) ist und der Zwischenträger (14) über die Flipchipkontakte (25) mit dem Halbleiterchip (9) elektrisch in Verbindung steht. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers (14) größer als die Oberseite (11) des Halbleiterchips (19) ist und der Zwischenträger (14) über die Lotkugeln (26) mit dem Halbleiterchip (9) elektrisch in Verbindung steht. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers (14) kleiner ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips (11), wobei der Zwischenträger (14) mit seiner Unterseite (24) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (10) fixiert ist und auf seiner Oberseite (11) eine Verdrahtung (16) mit Kontaktanschlussflächen (22) in Randbereichen (29) aufweist, die über Bonddrahtverbindungselemente (30) mit Kontaktanschlussflächen (31) in Randbereiche (32) des Verdrahtungssubstrats (13) elektrisch in Verbindung stehen. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Erstreckung des Zwischenträgers (14) größer ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips (10), wobei der Zwischenträger (14) mit seiner Unterseite (24) auf einer Abstandsplatte (33) zu der Oberseite (11) des Halbleiterchips (10) fixiert ist und über die Ränder (34, 35) des Halbleiterchips (10) hinausragt und auf seiner Oberseite (18) eine Verdrahtung (16) mit Kontaktanschlussflächen (22) in Randbereichen (29) aufweist, die über Bonddrahtverbindungselemente (30) mit Kontaktanschlussflächen (31) in Randbereiche (32) des Verdrahtungssubstrats (13) elektrisch in Verbindung stehen. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungssubstrat (13) auf seiner Unterseite (36) oberflächenmontierbare Außenkontakte (37) aufweist, die über Durchkontakte (38) mit Kontaktanschlussflächen (31) auf der Oberseite (38) des Verdrahtungssubstrats (13) elektrisch in Verbindung stehen, und wobei die Kontaktanschlussflächen (31) über Verbindungselemente (23) mit dem Halbleiterchip (10) und den diskreten Bauelementen (5,6,7) auf dem Zwischenträger (14) elektrisch in Verbindung stehen. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) eine Kunststoffmasse (40) aufweist, in die der Halbleiterchip (9, 10), der Zwischenträger (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) und teilweise das Verdrahtungssubstrat (13) eingebettet sind. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungssubstrat (13) und/oder der Zwischenträger (14) eine Keramik aufweisen. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) einen Hohlraum aufweist, in dessen Hohlraum der Halbleiterchip (9, 10), der Zwischenträger (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) und teilweise das Verdrahtungssubstrat (13) angeordnet sind. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (1) mit gestapelten diskreten Bauelementen (5, 6, 7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Herstellen eines Verdrahtungssubstrats (13) mit einer Verdrahtungsstruktur (41) auf seiner Oberseite (31) und Durchkontakten (38) zu seiner Unterseite (36),

– Herstellen eines Halbleiterchips (9) mit einer Verdrahtungsstruktur (27) auf seiner Oberseite (11),

– Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (9),

– Herstellen eines Zwischenträgers (14) mit Verdrahtung (16), dessen flächige Erstreckung kleiner ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips (9),

– Bestücken des Zwischenträgers (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) auf seiner Oberseite (18) und mit Flipchipkontakten (25) auf seiner Unterseite (24),

– Aufbringen des Zwischenträgers (14) auf die Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) unter stoffschlüssiger Verbindung der Flipchipkontakte (25) des Zwischenträgers (14) mit der Verdrahtungsstruktur (13) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9),

– Herstellen von Bonddrahtverbindungen (30) zwischen Kontaktflächen (42) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) mit Kontaktanschlussflächen (31) des Verdrahtungssubstrats (13),

– Einbringen des Stapels (28) aus Halbleiterchip (9) und diskreten Bauelementen (5, 6, 7) in ein Gehäuse (8).
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (2) mit gestapelten diskreten Bauelementen (5, 6, 7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Herstellen eines Verdrahtungssubstrats (13) mit einer Verdrahtungsstruktur (41) auf seiner Oberseite (31) und Durchkontakten (38) zu seiner Unterseite (36),

– Herstellen eines Halbleiterchips (9) mit einer Verdrahtungsstruktur (27) auf seiner Oberseite (11),

– Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (9),

– Herstellen eines Zwischenträgers (14) mit Verdrahtung (16), dessen flächige Erstreckung größer ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips (9),

– Bestücken des Zwischenträgers (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) auf seiner Oberseite (18) und Lotkugeln (26) auf seiner Unterseite (24),

– Herstellen von Bonddrahtverbindungen (30) zwischen Kontaktflächen (42) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) mit Kontaktanschlussflächen (31) des Verdrahtungssubstrats (13),

– Aufbringen des Zwischenträgers (14) auf die Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) unter stoffschlüssiger Verbindung der Lotkugeln (26) des Zwischenträgers (14) mit der Verdrahtungsstruktur (13) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9),

– Einbringen des Stapels (28) aus Halbleiterchip (9) und diskreten Bauelementen (5, 6, 7) in ein Gehäuse (8).
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (3) mit gestapelten diskreten Bauelementen (5, 6, 7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Herstellen eines Verdrahtungssubstrats (13) mit einer Verdrahtungsstruktur (41), die Kontaktanschlussflächen (31) auf seiner Oberseite (31) aufweist, und Durchkontakten (38) zu seiner Unterseite (36),

– Herstellen eines Halbleiterchips (10) mit Kontaktflächen (42) in Randbereichen seiner Oberseite (11),

– Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (10),

– Herstellen eines Zwischenträgers (14) mit Verdrahtung (16), dessen flächige Erstreckung kleiner ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips (10),

– Bestücken des Zwischenträgers (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) auf seiner Oberseite (18),

– Aufbringen des Zwischenträgers (14) auf die Oberseite (11) des Halbleiterchips (10) unter stoffschlüssiger Verbindung der Unterseite (24) des Zwischenträgers (14) mit der Oberseite (11) des Halbleiterchips (10),

– Verbinden der Kontaktflächen (42) des Halbleiterchips (10) mit Kontaktanschlussflächen (31) des Verdrahtungssubstrats (13),

– Verbinden von Kontaktanschlussflächen (22) der Verdrahtung (16) des Zwischenträgers (14) mit Kontaktanschlussflächen (31) des Verdrahtungssubstrats (13),

– Einbringen des Stapels (28) aus Halbleiterchip (10) und diskreten Bauelementen (5, 6, 7) in ein Gehäuse (8).
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (4) mit gestapelten diskreten Bauelementen (5, 6, 7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Herstellen eines Verdrahtungssubstrats (13) mit einer Verdrahtungsstruktur (41), die auf seiner Oberseite Kontaktanschlussflächen (31) aufweist, und Durchkontakten (38) zu seiner Unterseite (36),

– Herstellen eines Halbleiterchips (10) mit Kontaktflächen (42) in Randbereichen seiner Oberseite (11),

– Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (10),

– Verbinden der Kontaktflächen (42) des Halbleiterchips (10) mit Kontaktanschlussflächen (31) des Verdrahtungssubstrats (13),

– Herstellen eines Zwischenträgers (14) mit Verdrahtung (16), dessen flächige Erstreckung größer ist als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips (10),

– Bestücken des Zwischenträgers (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) auf seiner Oberseite (18),

– Aufbringen einer Abstandsplatte (33) auf die Oberseite (11) des Halbleiterchips (10);

– Aufbringen des Zwischenträgers (14) auf die Abstandsplatte (33) unter stoffschlüssiger Verbindung der Unterseite (24) des Zwischenträgers (14) mit der Abstandsplatte (33),

– verbinden von Kontaktflächen (19) der Verdrahtung (16) des Zwischenträgers (14) mit Kontaktanschlussflächen (31) des Verdrahtungssubstrats (13),

– Einbringen des Stapels (28) aus Halbleiterchip (10) und diskreten Bauelementen (5, 6, 7) in ein Gehäuse (8).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen des Verdrahtungssubstrats (13) eine Verdrahtungsstruktur (41) auf der Oberseite (39) und auf der Unterseite (36) strukturiert wird, wobei die Verdrahtungsstruktur (41) auf der Oberseite (39) mit Kontaktanschlussflächen (31) für Verbindungselemente (23) zu dem Halbleiterchip (9, 10) ausgestattet wird, wobei die Kontaktanschlussflächen (31) über Leiterbahnen mit Durchkontakten (38) durch das Verdrahtungssubstrat (13) verbunden werden, und wobei auf der Unterseite (36) Außenkontaktflächen (43) für das Halbleitermodul (1-4) vorgesehen werden, die über Leiterbahnen der Verdrahtungsstruktur der Unterseite (36) mit den Durchkontakten (38) elektrisch verbunden werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen einer Verdrahtungsstruktur (27) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) die Verdrahtungsstruktur (27) gleichzeitig für eine Mehrzahl von Halbleiterchips (9) auf einem Halbleiterwafer aufgebracht wird und nach dem Auftrennen des Halbleiterwafers auf jedem Halbleiterchip (9) zur Verfügung steht. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (10) der Halbleiterchip (10) mit seiner Rückseite (12) auf einer Chipmontagefläche (44) der Oberseite (39) der Verdrahtungsstruktur (13) fixiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (10) der Halbleiterchip (10) mit seiner Rückseite (12) auf einer Chipmontagefläche (44) der Oberseite (39) der Verdrahtungsstruktur (13) gelötet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestücken des Verdrahtungssubstrats (13) mit dem Halbleiterchip (10) der Halbleiterchip (10) mit seiner Rückseite (12) auf einer Chipmontagefläche (44) der Oberseite (39) der Verdrahtungsstruktur (13) mit einem Leitkleber geklebt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen des Zwischenträgers (14) eine Verdrahtung (16) auf der Oberseite (18) und auf der Unterseite (24) strukturiert wird, wobei der Zwischenträger (14) auf der Oberseite (18) mit Kontaktflächen (19) für die diskreten Bauelemente (5, 6, 7) ausgestattet wird, und wobei die Kontaktflächen (19) über Leiterbahnen (21) mit Durchkontakten (45) durch den Zwischenträger (14) verbunden werden, und wobei auf der Unterseite (24) Flipchipkontakte (25) der Zwischenträger (14) oder Lotkugeln (26) angeordnet werden, die auf Kontaktflächen (42) einer Verdrahtungsstruktur (27) auf der Oberseite (11) des Halbleiterchips (9) verbunden werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestücken des Zwischenträgers (14) mit diskreten Bauelementen (5, 6, 7) die Elektroden (20) der diskreten Bauelemente (5, 6, 7) auf Kontaktflächen (19) der Oberseite (18) des Zwischenträgers (14) gelötet oder mit einem Leitkleber geklebt werden.






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