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Dokumentenidentifikation DE102005055761A1 31.05.2007
Titel Leistungshalbleiterbauelement mit Halbleiterchipstapel in Brückenschaltung und Verfahren zur Herstellung desselben
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Otremba, Ralf, Dipl.-Phys. Dipl.-Ing., 87600 Kaufbeuren, DE;
Schlögel, Xaver, Dipl.-Ing., 83679 Sachsenkam, DE
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 21.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005055761
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 25/07(2006.01)A, F, I, 20051121, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/48(2006.01)A, L, I, 20051121, B, H, DE   H02M 1/00(2006.01)A, L, I, 20051121, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement (30) mit Leistungshalbleiterchipstapel (14). Der Leistungshalbleiterchipstapel (14) weist einen Basisleistungshalbleiterchip (16) und einen auf der Rückseite des Basisleistungshalbleiterchips (16) gestapelten Leistungshalbleiterchip (17) auf, wobei eine Umverdrahtungsstruktur zur elektrischen Kopplung der Leistungshalbleiterchips innerhalb der Rückseitenmetallisierung angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit Halbleiterchipstapel in Brückenschaltung und Verfahren zur Herstellung desselben. Dazu weist das Leistungshalbleiterbauelement Leistungsfeldeffekttransistoren als High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter auf, wobei das Leistungshalbleiterbauelement einen Basisleistungshalbleiterchip mit großflächigen Außenelektroden auf Ober- und Rückseite aufweist, und mindestens einen gestapelten Leistungshalbleiterchip trägt.

Aus der Druckschrift DE 196 35 582 C1 ist ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem High-Side-Schalter (HSS) und mindestens einem Low-Side-Schalter (LSS) bekannt, das einen ersten Basisleistungshalbleiterchip aufweist, der einen vertikalen ersten Transistor enthält. Ein weiterer zweiter Leistungshalbleiterchip mit einem zweiten vertikalen Transistor ist auf dem ersten Basisleistungshalbleiterchip montiert, so dass die Leitungsstrecken der beiden Transistoren in Serie geschaltet sind. Eine derartige Anordnung wird mit den 3 und 4 gezeigt.

3 zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte Brückenschaltung 10 von Leistungshalbleiterchips 1 und 2, wobei der Basisleistungshalbleiterchip 1 auf einem Kühlkörper 6 montiert ist und einen High-Side-Schalter HSS aufweist. Der Drainanschluss 7 des High-Side-Schalters HSS bildet die Rückseite des Basisleistungshalbleiterchips 1, die auf dem Kühlkörper 6 montiert ist. Auf der Sourcefläche an der Oberseite des Basisleistungshalbleiterchips 1 ist ein weiterer Leistungshalbleiterchip 2 als Low-Side-Schalter LSS gestapelt.

Dazu ist der Drainbereich des Low-Side-Schalters LSS auf dem Sourcebereich des High-Side-Schalters HSS montiert und bildet den Knotenpunkt 4, der über den Außenanschluss 3 anschließbar ist. Der Sourcebereich des Low-Side-Schalters LSS ist über den Außenanschluss 5 ebenfalls durch Bondung kontaktierbar. Die Außenanschlüsse 8 und 9 dienen der Ansteuerung der jeweiligen Schalter HSS bzw. LSS der Brückenschaltung.

Eine Realisierung der Brückenschaltung 10 zeigt die 4, bei der die Brückenschaltung 10 in einem Gehäuse 11 mit externen Flachleitern als Außenanschlüsse 3 und 5 angeordnet ist. Dabei ist die an der Oberfläche des Basisleistungshalbleiterchips 1 befindliche Sourcefläche SH des High-Side-Schalters HSS größer als der auf ihr gestapelte Leistungshalbleiterchip 2. Dadurch kann die Kontaktierung durch die Kontaktfläche an dem Knoten 4 auf einfache Weise mittels Bonddraht 12 zu dem Flachleiteraußenanschluss 3 erfolgen. Auch die Sourcefläche SL des Halbleiterchips 2 wird von oben ebenfalls durch einen Bonddraht 13 mit dem anderen Flachleiteraußenkontakt 5 verbunden.

Bei dieser Brückenschaltung 10 ist es von Nachteil, dass der Low-Side-Schalter LSS, der als gestapeltes Leistungshalbleiterchips 2 realisiert ist, in seiner Drainanschluss-Grundfläche kleiner ist, als die Sourcekontaktfläche des High-Side-Schalters HSS im Basisleistungshalbleiterchip 1. Damit ist der Nachteil verbunden, dass die zulässige Stromaufnahme des Brückenschaltungszweigs 10 durch die verminderte Größe des gestapelten Leistungshalbleiterbauelements 2 deutlich eingeschränkt ist.

Eine derartige Brückenschaltung mit einem High-Side-Schalter als Basischip ist von Nachteil, zumal in einer derartigen Brückenschaltung der größere Stromfluss durch den Low-Side-Schalter zu schalten ist und eine problemlose Anbindung an eine Wärmesenke mit entsprechendem Kühlkörper zur Abführung der Verlustwärme in dem bekannten Schaltungsaufbau nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Leistungshalbleiterbauelement mit Leistungshalbleiterchipstapel in Brückenschaltung und Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben, in welcher der Low-Side-Schalter für eine verbesserte Wärmeableitung der Verlustwärme geeignet angeordnet ist und eine raumsparende Kopplung zwischen High-Side- und Low-Side-Schalter möglich ist.

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

Erfindungsgemäß wird ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem Leistungshalbleiterchipstapel vorzugsweise aus einem Low-Side-Schalter und einem High-Side-Schalter in Brückenschaltung geschaffen. Der Leistungshalbleiterchipstapel weist vorzugsweise als Basisleistungshalbleiterchip den Low-Side-Schalter und als gestapelten Leistungshalbleiterchip den High-Side-Schalter auf, wobei auf der Rückseite des Low-Side-Schalters eine Umverdrahtungsstruktur innerhalb der Rückseitenmetallisierung, vorzugsweise als Verdrahtungsfolie oder als Verdrahtungsplatte für eine Serienschaltung der Schalter angeordnet ist.

Über diese Umverdrahtungsstruktur auf der Rückseite des Basisleistungshalbleiterchips kann in vorteilhafter Weise der gestapelte Leistungshalbleiterchip elektrisch mit dem Basisleistungshalbleiterchip gekoppelt werden. Diese Kopplung der Leistungshalbleiterschalter im Leistungshalbleiterchipstapel hat den Vorteil, dass der den größeren Strom schaltende Low-Side-Schalter nun auf der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements mit seinen Elektroden angeordnet ist und somit unmittelbar mit einem Kühlkörper verbunden werden kann, so dass eine intensive Wärmeableitung der Verlustwärme bei diesem Leistungshalbleiterbauelement gewährleistet ist.

Vorzugsweise sind der Low-Side-Schalter und der High-Side-Schalter vertikale Leistungsfeldeffekttransistoren mit Source-, Drain- und Gateelektroden. Diese Leistungsfeldeffekttransistoren haben den Vorteil, dass sie auf einer Oberseite eine großflächige Sourceelektrode und eine kleinflächige Gateelektrode aufweisen, während auf der gegenüber liegenden Rückseite eine großflächige Drainelektrode angeordnet ist. Unter großflächig wird in diesem Zusammenhang eine Elektrode verstanden, die nahezu oder vollständig die gesamte Rückseite bzw. Oberseite eines Halbleiterchips bedeckt. Unter kleinflächiger Elektrode wird die Gateelektrode verstanden, die nur eine geringfügige Flächenerstreckung aufweist und somit auf der verbleibenden Fläche einer Oberseite eines derartigen Leistungshalbleiterchips angeordnet werden kann.

Die Verdrahtungsfolie bzw. Verdrahtungsplatte zwischen den gestapelten Leistungshalbleiterchips weist vorzugsweise eine großflächige Drain-Kontaktanschlussfläche auf ihrer Unterseite für die Drainelektrode des Basisleistungshalbleiterchips und mindestens zwei Kontaktanschlussflächen als Source- und Gate-Kontaktanschlussflächen für die Source- bzw. Gateelektroden auf ihrer Oberseite auf. Dabei sind die Drain-Kontaktanschlussfläche und die Source-Kontaktanschlussfläche über Durchkontakte durch die Verdrahtungsfolie bzw. Verdrahtungsplatte elektrisch miteinander verbunden und bilden einen Schaltungsknoten einer Brückenschaltung.

Mit dieser Verdrahtungsfolie, die praktisch als sog. "Interposer" zwischen dem Basishalbleiterchip und dem gestapelten Halbleiterchip angeordnet ist, wird erreicht, dass der Basishalbleiterchip mit seiner großflächigen Drainelektrode mit der Sourceelektrode des gestapelten Leistungshalbleiterchips zu einem Schaltungsknoten verbunden ist. Außerdem kann die großflächige Sourceelektrode des Basisleistungshalbleiterchips und seine kleinflächige Gateelektrode auf der Unterseite des Leistungshalbleiterchips angeordnet und von dort aus in einer sogenannten "Source-Down-Montage" kontaktiert werden. Die Anwendung der Chiprückseite als Umverdrahtung ist auch für andere Halbleiterbauelementtypen wie z.B. für Logik- und Speicher-Produkte mit CoC-Stapeln (chip on chip) vorteilhaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements mindestens drei großflächige und zwei kleinere oberflächenmontierbare Außenflachleiteranschlüsse auf. Diese Außenflachleiteranschlüsse sind über die Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements verteilt angeordnet. Dabei steht ein großflächiger Source-Außenflachleiteranschluss mit der Sourceelektrode des Basisleistungshalbleiterchips und ein großflächiger Drain-Außenflachleiteranschluss mit der Drainelektrode des gestapelten Halbleiterchips sowie ein großflächiger Drain-/Source-Außenflachleiteranschluss mit der Verdrahtungsfolie elektrisch in Verbindung. Die zwei kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse sind jeweils mit den Gateelektroden der Leistungshalbleiterchips des Leistungshalbleiterchipstapels elektrisch verbunden.

Vorzugsweise ist auf dem großflächigen Source-Außenflachleiteranschluss die Sourceelektrode des Basisleistungshalbleiterchips direkt fixiert. Damit ist eine intensive Wärmeableitung der in dem Low-Side-Schalter entstehenden Verlustwärme möglich.

Weiterhin ist es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass ein internes Verbindungselement, vorzugsweise ein Verbindungsstreifen oder eine vorgeformte strukturierte Verbindungsplatte, als Clip die Drainelektrode des gestapelten Leistungshalbleiterchips mit dem großflächigen Drain-Außenflachleiteranschluss elektrisch verbindet. Derartige Clip-Verbindungselemente innerhalb des Leistungshalbleiterbauelements für die Drainelektrode des gestapelten Leistungshalbleiterchips haben den Vorteil, dass die oberste großflächige Elektrode des Leistungshalbleiterchipstapels nun über einen derartigen Clip von der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements aus kontaktiert werden kann.

Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Gateelektrode des Basisleistungshalbleiterchips direkt auf einer der kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse fixiert. Diese Fixierung ist dadurch möglich, dass die Gateelektrode des Low-Side-Schalters, die hier die Steuerelektrode des Basisleistungshalbleiterchips darstellt, zur Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements ausgerichtet ist.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass der zweite der kleinflächigen oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse über ein Verbindungselement, vorzugsweise über einen Bonddraht, mit der Gateelektrode des gestapelten Leistungshalbleiterchips elektrisch in Verbindung steht. Da über eine derartige Gateelektrode lediglich Signalströme und Steuerimpulse laufen, reicht der Querschnitt eines Standardbonddrahtes vollständig aus, um die Gateelektrode des gestapelten Leistungshalbleiterchips mit einem auf der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements angeordneten Außenflachleiteranschluss zu verbinden.

Schließlich sind in einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung der Leistungshalbleiterchipstapel, die Verdrahtungsfolie bzw. die Verdrahtungsplatte, die Verbindungselemente und die Oberseiten sowie Randseiten der Außenflachleiteranschlüsse in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet. Dieses Einbetten in eine Kunststoffgehäusemasse gestaltet sich einfacher und fertigungstechnisch kostengünstiger als das Bereitstellen eines Hohlraumgehäuses, das üblicherweise für Leistungshalbleiterbauelemente vorgesehen ist.

Ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Leistungshalbleiterbauelemente weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Flachleiterrahmen mit mehreren Leistungshalbleiterbauelementpositionen hergestellt. In diesen Leistungshalbleiterbauelementpositionen sind drei großflächige und zwei kleinere oberflächenmontierbare Außenflachleiteranschlüsse angeordnet. Die großflächigen Außenflachleiteranschlüsse sind für die Sourceelektrode des Basishalbleiterchips, für die Drainelektrode des gestapelten Halbleiterchips und für den Knotenpunkt auf der Verdrahtungsfolie für einen Drain-/Source-Außenflachleiteranschluss vorgesehen. Die zwei kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse werden jeweils für die Gate-Außenflachleiteranschlüsse reserviert.

Nach Fertigstellung des Flachleiterrahmens mit entsprechend in Zeilen und/oder Spalten angeordneten Leistungshalbleiterbauelementpositionen werden auf diese Leistungshalbleiterbauelementpositionen Basisleistungshalbleiterchips mit ihren Sourceelektroden und ihren Gateelektroden auf einer der großflächigen Source-Außenflachleiteranschlüsse und auf einen der kleinflächigen Gate-Außenflachleiteranschlüsse fixiert. Danach wird auf die Oberseite dieses Basisleistungshalbleiterchips eine Verdrahtungsfolie oder eine Verdrahtungsplatte mit einer Drain-Kontaktanschlussfläche auf der Drainelektrode des Basisleistungshalbleiterchips aufmontiert.

Diese Montage kann eine Lötverbindung oder eine Klebstoffverbindung sein. Anschließend wird auf die Verdrahtungsfolie bzw. die Verdrahtungsplatte ein gestapeltes Leistungshalbleiterchip mit seiner Sourceelektrode und seiner Gateelektrode auf entsprechende großflächige Source-Kontaktanschlussflächen bzw. kleinere Gate-Kontaktanschlussflächen der Verdrahtungsfolie bzw. der Verdrahtungsplatte aufgebracht. Damit ist praktisch der Leistungshalbleiterchipstapel fertiggestellt und es können nun die einzelnen Verbindungselemente zwischen der Verdrahtungsfolie oder Verdrahtungsplatte und den Außenflachleiteranschlüssen angebracht werden.

Darüber hinaus können die Verbindungselemente zwischen der Drainelektrode des gestapelten Leistungshalbleiterchips und dem großflächigen Außenflachleiteranschluss erfolgen. Schließlich wird der Leistungshalbleiterchipstapel mit seinen Verbindungselementen und der Verdrahtungsfolie bzw. der Verdrahtungsplatte sowie die Oberseiten und Randseiten der Außenflachleiteranschlüsse in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet. Danach stehen lediglich die Rückseiten der Außenflachleiteranschlüsse als oberflächenmontierbare Außenkontaktflächen für eine Oberflächenmontage zur Verfügung. Schließlich wird der Flachleiterrahmen in einzelne Leistungshalbleiterbauelemente mit entsprechenden Brückenschaltungen aufgetrennt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass für eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen in einem Parallelverfahren sämtliche Fertigungsschritte durchgeführt werden können. Darüber hinaus hat dieses Verfahren den Vorteil, dass es eine neuartige Halbleiterbrückenschaltung aus Leistungshalbleiterchips liefert, die bei gleichen Abmessungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, nun jedoch äußere Ströme schalten kann.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich mittels der hier offenbarten Anordnung der Leistungshalbleiterchips in dem Leistungshalbleiterchipstapel die Halbleiterchipfläche des Low-Side-Schalters als Basisleistungshalbleiterchip deutlich erhöhen lässt, da dieser Low-Side-Schalter mittels der sog. "Source-Down-Montage" auf der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet werden kann und damit auch der weniger belastete High-Side-Schalter als gestapeltes Leistungshalbleiterchip in dem Leistungshalbleiterchipstapel angeordnet ist. Insbesondere wird in vorteilhafter Weise die Leistungshalbleiterchiprückseite des Basisleistungshalbleiterchips genutzt, um eine Verdrahtungsebene mit darauf angeordneten getrennten Metallisierungsebenen zu realisieren, wobei diese Umverdrahtungsebene auf der Chiprückseite eine CoC-Anordnung (chip-on-chip) bzw. "Source-Down-Montage" ermöglicht.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Prinzipschaltung einer Brückenschaltung;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt des Leistungshalbleiterbauelements einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Brückenschaltung;

3 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Brückenschaltung von Leistungshalbleitern;

4 zeigt eine Realisierung der Brückenschaltung gemäß 3 mit einem Leistungshalbleiterchipstapel

1 zeigt eine schematische Prinzipschaltung einer Brückenschaltung 15, die zwei vertikale Halbleiterleistungstransistoren aufweist, wobei diese Transistoren als High-Side-Schalter HSS und als Low-Side-Schalter LSS zwischen einer Versorgungsspannung VS und einem Massenpotential V0 in Serienschaltung angeordnet sind. Dazu ist der High-Side-Schalter HSS mit seiner Drainelektrode DH an die Versorgungsspannung VS angeschlossen und wird mit Hilfe seiner Gateelektrode GH geschaltet.

Die Sourceelektrode SH des High-Side-Schalters HSS bildet zusammen mit der Drainelektrode GL des Low-Side-Schalters LSS einen seriellen Knotenpunkt 4, der über den Low-Side-Schalter LSS mit dessen Sourceelektrode SL an das Massepotential V0 angeschlossen wird, wenn die Gateelektrode GL den Low-Side-Schalter LSS durchschaltet. Der Knotenpunkt 4 aus der Drainelektrode des Low-Side-Schalters LSS und der Sourceelektrode des High-Side-Schalters HSS ist über einen Tiefpass aus einer Induktivität L und einem Glättungskondensator C mit einem Spannungsausgang &Dgr;V verbunden. Die Umsetzung dieser Brückenschaltung in ein Leistungshalbleiterbauelement zeigt die nachfolgende 2.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Leistungshalbleiterbauelements 30 einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Halbbrücke 15, wie sie 1 zeigt. Dieses Leistungshalbleiterbauelement 30 weist einen Leistungshalbleiterchipstapel 14 auf, der einen Basisleistungshalbleiterchip 16 und einen gestapelten Halbleiterchip 17 besitzt. Zwischen dem Basisleistungshalbleiterchip 16 und dem gestapelten Halbleiterchip 17 ist eine Verdrahtungsfolie 18 bzw. Verdrahtungsplatte angeordnet, welche eine mehrlagige Umverdrahtungsstruktur aufweist.

Diese Verdrahtungsfolie 18 verbindet die Drainelekrode DL des Low-Side-Schalters LSS über eine Drain-Kontaktanschlussfläche 19 und Durchkontakte 24 durch die Verdrahtungsfolie 18 hindurch mit einer Source-Kontaktanschlussfläche 20 auf der Oberseite 23 der Verdrahtungsfolie 18 für die Sourceelektrode SH des High-Side-Schalters HSS. Zusätzlich weist die Oberseite 23 der Verdrahtungsfolie 18 eine Gate-Kontaktanschlussfläche 21 auf, die mit der Gateelektrode GH des High-Side-Schalters HSS des gestapelten Halbleiterchips 17 elektrisch verbunden ist. Von der Verdrahtungsfolie 18 gehen zwei interne Verbindungselemente 33 und 34 aus, wobei das Verbindungselement 33 den Knotenpunkt 4 auf einen gemeinsamen Flachleiteranschluss 27 für die Drainelektrode DL des Low-Side-Schalters LSS und die Sourceelektrode SH des gestapelten High-Side-Schalters HSS anschließt.

Außerdem verbindet das interne Verbindungselement 34 in Form eines Bonddrahtes die Gateelektrode GH des High-Side-Schalters über die Gate-Kontaktanschlussfläche 21 mit dem Außenflachleiteranschluss 29 auf der Unterseite 31 des Leistungshalbleiterbauelements 30. Eine weitere interne Verbindung 32 verbindet großflächig die Drainelektrode DH des High-Side-Schalters HSS mit einem großflächigen Außenflachleiteranschluss 26 für die Drainelektrode DH auf der Unterseite 31 des Leistungshalbleiterbauelements 30.

Ferner weist das Leistungshalbleiterbauelement 30 auf seiner Unterseite 31 zwei weitere oberflächenmontierbare Außenflachleiteranschlüsse auf, wobei ein großflächiger Außenflachleiteranschluss 25 direkt mit der Sourceelektrode SL des Low-Side-Schalters LSS des Basisleistungshalbleiterchips 16 verbunden ist und ein kleinflächiger Außenflachleiteranschluss 28 direkt mit der Gateelektrode GL des Low-Side-Schalters LSS des Basisleistungshalbleiterchips 16 in Verbindung steht. Der Leistungshalbleiterchipstapel 14 mit den Verbindungselementen 32, 33 und 34 ist in eine Kunststoffgehäusemasse 37 eingebettet, die auch die Randseiten 36 und die Oberseiten 35 der Außenflachleiteranschlüsse 25 bis 29 umhüllt und nicht die Unterseiten der Außenflachleiteranschlüsse 25 bis 29 benetzt.

Durch diese Anordnung ist es möglich, dass der Low-Side-Schalter LSS mit seiner Sourceelektrode SL direkt über einen großflächigen Außenflachleiteranschluss 25 gekühlt werden kann. Ferner kann der Low-Side-Schalter LSS, über den bei derartigen Halbbrückenschaltungen der größere Stromfluss geleitet wird, in seiner flächigen Erstreckung größer ausgebildet werden als es bei den bisherigen Schaltungsanordnungen gemäß den 3 und 4, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, möglich ist.

1
Basishalbleiterchip (Stand der Technik)
2
gestapeltes Leistungshalbleiterchip
3
Außenanschluss
4
Knoten
5
Außenanschluss
6
Kühlkörper
7
Drainanschluss
8
Gate-Außenanschluss
9
Gate-Außenanschluss
10
Halbbrückenschaltung
11
Gehäuse
12
Bonddraht
13
Bonddraht
14
Leistungshalbleiterchipstapel
15
Brückenschaltung
16
Basishalbleiterchip
17
gestapeltes Leistungshalbleiterchip
18
Verdrahtungsfolie bzw. Verdrahtungsplatte
19
Drain-Kontaktanschlussfläche
20
Source-Kontaktanschlussfläche
21
Gate-Kontaktanschlussfläche
22
Unterseite der Verdrahtungsfolie
23
Oberseite der Verdrahtungsfolie
24
Durchkontakt der Verdrahtungsfolie
25
großflächiger Außenflachleiteranschluss
26
großflächiger Außenflachleiteranschluss
27
großflächiger Außenflachleiteranschluss
28
kleinflächiger Außenflachleiteranschluss
29
kleinflächiger Außenflachleiteranschluss
30
Leistungshalbleiterbauelement
31
Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements
32
Verbindungselement
33
Verbindungselement
34
Verbindungselement
35
Oberseite der Außenflachleiter
36
Randseite der Außenflachleiter
37
Kunststoffgehäusemasse
DH
Drain des HSS
DL
Drain des LSS
GH
Gate des HSS
GL
Gate des LSS
HSS
High-Side-Schalter
LSS
Low -Side-Schalter
SH
Source des HSS
SL
Source des LSS
C
Glättungskondensator
L
Induktivität
VS
Versorgungsspannung
V0
Massepotential
&Dgr;V
Spannung am Knotenpunkt der Brückenschaltung


Anspruch[de]
Leistungshalbleiterbauelement mit einem Leistungshalbleiterchipstapel (14), wobei der Leistungshalbleiterchipstapel (14) ein Basisleistungshalbleiterchip (16) und einen auf der Rückseite des Basisleistungshalbleiterchips (16) gestapelten Leistungshalbleiterchip (17) aufweist und wobei eine Umverdrahtungsstruktur innerhalb der Rückseitenmetallisierung des Basisleistungshalbleiterchips (16) angeordnet ist. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterchipstapel (14) aus einem Low-Side-Schalter (LSS) und High-Side-Schalter (HSS) in Brückenschaltung (15) besteht, wobei der Leistungshalbleiterchipstapel (14) den Low-Side-Schalter (LSS) als Basisleistungshalbleiterchip (16) und den High-Side-Schalter (HSS) als gestapelten Leistungshalbleiterchip (17) aufweist und wobei auf der Rückseite des Basisleistungshalbleiterchips (16) als Umverdrahtungsstruktur eine Verdrahtungsfolie (18) oder Verdrahtungsplatte für eine Serienschaltung der Schalter angeordnet ist. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisleistungshalbleiterchip (16) und der gestapelte Leistungshalbleiterchip (17) vertikale Leistungsfeldeffekttransistoren mit Source- (SH, SL), Drain- (DH, DL) und Gateelektroden (GH, GL) aufweisen. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtungsfolie (18) mindestens eine großflächige Drain-Kontaktanschlussfläche (19) auf ihrer Unterseite für die Drainelektrode (DL) des Basisleistungshalbleiterchips (16) und mindestens zwei Kontaktanschlussflächen (20, 21) als Source- (20) und Gate-Kontaktanschlussflächen (21) für die Source (SL)- bzw. Gateelektroden (GL) auf ihrer Oberseite (23) aufweist, und wobei die Drain-Kontaktanschlussfläche (19) und die Source-Kontaktanschlussfläche (20) über Durchkontakte (24) durch die Verdrahtungsfolie (18) elektrisch miteinander verbunden sind. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (31) des Leistungshalbleiterbauelements (30) mindestens drei großflächige (25, 26, 27) und zwei kleinere oberflächenmontierbare Außenflachleiteranschlüsse (28, 29) aufweist, die über die Unterseite (31) verteilt angeordnet sind, wobei ein großflächiger Source-Außenflachleiteranschluss (25) mit der Sourceelektrode (SL) des Basisleistungshalbleiterchips (16), ein großflächiger Drain-Außenflachleiteranschluss (26) mit der Drainelektrode (DH) des gestapelten Leistungshalbleiterchips (17) und ein großflächiger Drain/Source-Außenflachleiteranschluss (27) mit der Verdrahtungsfolie (18) elektrisch in Verbindung steht, und wobei die zwei kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse (28, 29) jeweils mit den Gateelektroden (GL, GH) der Leistungshalbleiterchips (16, 17) elektrisch verbunden sind. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem großflächigen Source-Außenflachleiteranschluss (25) die Sourceelektrode (SL) des Basisleistungshalbleiterchips (16) direkt fixiert ist. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein internes Verbindungselement (32), vorzugsweise ein Verbindungsstreifen oder eine vorgeformte, strukturierte Verbindungsplatte als Clip die Drainelektrode (DH) des gestapelten Leistungshalbleiterchips (17) mit dem großflächiger Drain-Außenflachleiteranschluss (26) elektrisch verbindet. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein internes Verbindungselement, vorzugsweise ein Verbindungsstreifen oder eine vorgeformte, strukturierte Verbindungsplatte als Clip, die Drain- und Source-Kontaktanschlussflächen (19, 20) der Verdrahtungsfolie (18) mit dem großflächiger Drain/Source-Außenflachleiteranschluss (27) elektrisch verbindet. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektrode (GL) des Basisleistungshalbleiterchips (16) direkt auf einer der kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse (28) fixiert ist. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite der kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse (29) über ein Verbindungselement (34), vorzugsweise einem Bonddraht mit der Gateelektrode (GH) des gestapelten Leistungshalbleiterchips (17) elektrisch in Verbindung steht. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterchipstapel (14), die Verdrahtungsfolie (18) oder die Verdrahtungsplatte, die Verbindungselemente (32, 22, 34) und die Oberseiten (35) sowie Randseiten (36) der Außenanschlussflachleiter (25 bis 29) in eine Kunststoffgehäusemasse (37) eingebettet sind. Verfahren zur Herstellung mehrerer Leistungshalbleiterbauelemente (30), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Herstellen eines Flachleiterrahmens mit mehreren Leistungshalbleiterbauelementpositionen, wobei in den Leistungshalbleiterbauelementpositionen drei großflächige (25, 26, 27) und zwei kleinere (28, 29) oberflächenmontierbare Außenflachleiteranschlüsse (25, 26, 27, 28, 29) angeordnet sind, wobei ein großflächiger Source-Außenflachleiteranschluss (25), ein großflächiger Drain-Außenflachleiteranschluss (26) und ein großflächiger Drain/Source-Außenflachleiteranschluss (27) vorgesehen werden, und wobei die zwei kleineren oberflächenmontierbaren Außenflachleiteranschlüsse (28, 29) jeweils für Gate-Außenflachleiteranschlüsse (28, 29) vorgesehen sind;

– Aufbringen eines Basisleistungshalbleiterchips (16) mit seiner Sourceelektrode (SL) und seiner Gateelektrode (GL) auf den großflächigen Source-Außenflachleiteranschluss (25) und auf eine der Gate-Außenflachleiteranschlüsse (28);

– Aufbringen einer Verdrahtungsfolie (18) oder Verdrahtungsplatte mit einer Drain-Kontaktanschlussfläche (19) auf die Drainelektrode (DL) des Basisleistungshalbleiterchips (16);

– Aufbringen eines gestapelten Leistungshalbleiterchips (17) mit seiner Sourceelektrode (SH) und seiner Gateelektrode (GH) auf eine großflächige Source-Kontaktanschlussfläche (20) bzw. auf eine kleinere Gate-Kontaktanschlussfläche (21) der Verdrahtungsfolie (18) oder der Verdrahtungsplatte;

– Anbringen von Verbindungselementen (33, 34) zwischen der Verdrahtungsfolie (18) oder Verdrahtungsplatte und Außenflachleiteranschlüssen (27, 29);

– Anbringen von Verbindungselementen (32) zwischen der Drainelektrode (DH) des gestapelten Leistungshalbleiterchips (17) und dem großflächigen Drain-Außenflachleiteranschluss (26);

– Einbetten des Leistungshalbleiterchipstapels (14), der Verbindungselemente (32, 33, 34), der Verdrahtungsfolie (18) oder Verdrahtungsplatte und der Oberseiten (35) sowie der Randseiten (36) der Außenanschlussflachleiter (25 bis 29) in eine Kunststoffgehäusemasse (37);

– Auftrennen des Flachleiterrahmens in einzelne Leistungshalbleiterbauelemente (30) mit Brückenschaltung (15).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als großflächiges Verbindungselement (32, 33) ein Clip bzw. eine vorgeformte und strukturierte Platte oder ein Bondstreifen eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als kleinflächiges Verbindungselement (33) ein Bonddraht eingesetzt wird.






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