DE102006022254B4

DE102006022254B4 - Halbleiterbauteil mit in Kunststoffgehäusemasse eingebetteten Halbleiterbauteilkomponenten, Anordnung für eine Mehrzahl von Halbleiterbauteilen und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauteilen

Info

Publication number: DE102006022254B4
Application number: DE102006022254A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Phys. Dipl.-Ing. Otremba (Fh)
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: US8450861B2; US20070262432A1; DE102006022254A1

Abstract

Halbleiterbauteil mit einem Systemträger und weiteren in eine Kunststoffgehäusemasse (3) eingebetteten Halbleiterbauteilkomponenten (4), wobei die Halbleiterbauteilkomponenten (4) zumindest einen auf einem Chipträger (10) des Systemträgers (20) angeordneten Halbleiterchip (14) und Verbindungselemente (13) umfassen, wobei der Systemträger und weitere Halbleiterbauteilkomponenten (4) kupferhaltige Bereiche (7) aufweisen und wobei die kupferhaltigen Bereiche (7) eine Haftvermittlungsschicht (8) mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf den mit der Kunststoffgehäusemasse (3) in Kontakt stehenden Oberflächen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit in eine Kunststoffgehäusemasse eingebetteten Halbleiterbauteilkomponenten, wobei die Oberflächen der Halbleiterbauteilkomponenten teilweise eine Haftvermittlungsschicht aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung für eine Mehrzahl von Halbleiterbauteilen und ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Halbleiterbauteilen.
Eine mangelnde Haftung zwischen einem Systemträger und der Kunststoffgehäusemasse führt bei Halbleiterbauteilen dazu, dass sich Feuchtigkeit in der Grenzschicht zwischen Systemträger und Kunststoffgehäusemasse ansammelt. Diese Feuchtigkeit expandiert schlagartig, wenn das Halbleiterbauteil beim Auflöten auf eine Leiterplatte in kürzester Zeit von Raumtemperatur auf Temperaturen bis 260°C aufgeheizt wird. Folge der schlagartigen Expansion des Feuchtigkeitsgehalts sind Risse und/oder Brüche in dem Kunststoffgehäuse des Halbleiterbauteils, was als "Popcorn-Effekt" bezeichnet wird.
Um diesen Popcorn-Effekt zu verhindern, muss das Ansammeln von Feuchtigkeit in der Grenzschicht zwischen Halbleiterbauteilkomponenten und Kunststoffgehäusemasse verhindert werden. Das Ansammeln der Feuchtigkeit kann durch Verbesserung der Haftung zwischen den Oberflächen der Halbleiterbauteilkomponenten und der Oberfläche der Kunststoffgehäusemasse redu ziert werden. Es sind verschiedene Ansätze bekannt, um diese Haftung zu verbessern. Aus der US-5,554,569 ist ein Verfahren zur mechanischen Aufrauung der Oberfläche eines Flachleiterrahmens bekannt. Die aufgeraute Oberfläche ermöglicht eine Verzahnung mit der Kunststoffgehäusemasse und somit eine bessere Haftung. Dieses Verfahren ist jedoch in seiner Durchführung schwierig und kostenintensiv.
Haftvermittlungsschichten mit mikroporöser Morphologie auf verschiedene Halbleiterkomponenten aufzubringen ist aus der DE 10 2004 047 510 A1 bekannt.
In der Druckschrift H. Y. Lee u. a. "Failure paths at copperbase leadframe/epoxy molding compound interfaces", Journal of Material Science 37, 2002, Seiten 4247 bis 4257 werden in einer heißen Natronlaugelösung auf Flachleiterrahmen aus Kupfer Kupfer(II)Oxid- und Kupfer(I)Oxidschichten hergestellt und ihre Haftvermittlungseigenschaften zu einer Kunststoffgehäusemasse untersucht, wobei die Umsetzung in die praktische Fertigung von Halbleiterbauelementen nicht unproblematisch ist, da hier die Haftvermittlungsschicht auf nasschemischen Techniken beruht, was die Gefahr von Feuchtigkeitseinschlüssen nicht mindert.
In der Druckschrift Kilwon Cho u. a. "Effect of the microstructure of copper Oxide an the adhesion behavior of epoxy/copper leadframe joints", J. Adhesion Sci. Technol., Vol. 14, Seiten 1333 bis 1353, (2000) werden Plättchen aus Kupfer thermisch oxidiert und Kupfer(II)Oxid- und Kupfer(I)Oxidschichten hergestellt und ihre Haftvermittlungseigenschaften zu einer Kunststoffgehäusemasse untersucht. Dabei wird darauf hingewiesen, dass mit zunehmender thermischer Oxidation eine Umsetzung von Kupfer(I)Oxid in Kupfer(II)Oxid erfolgt und diese Umsetzung eine Haftvermittlung zu einer Kunststoffgehäusemasse ermöglicht, was bei reinen Kupferoberflächen und/oder bei Oberflächen mit einer Kupfer(I)Oxidschicht bisher problematisch ist, weshalb bisher Flachleiterrahmen aus einer Eisennickellegierung mit 42 Gew.% Nickel vorzugsweise eingesetzt werden, deren thermische Oxide die Haftung zu einer Kunststoffgehäusemasse verbessert sicherstellen.
Das Aufbringen von Kupfer(II)Oxid-Schichten auf Systemträger ist beispielsweise aus der US 2004/0207056 A1 und aus der JP 2001 210 776 A bekannt. Aus der US 2002/0056903 A1 ist es bekannt, auf die Oberseite eines Systemsträgers eine Kupfer(II)Oxid-Schicht mittels anodischer Oxidation aufzubringen. Das Beschichten von Halbleiterbauteilelementen mit einer Kupfer(II)Oxid-Schicht, auf der wiederum eine Kupfer(I)Oxid-Schicht angeordnet wird, ist aus der US 6,770,971 B2 bekannt.
Es besteht jedoch der Bedarf, in der Weiterentwicklung der Halbleiterbauteile die Grenzflächenstabilität und die Adhäsionsfähigkeit zwischen der weitverbreiteten Kunststoffgehäusemasse aus gefüllten Epoxidharzen und dem Flachleiterrahmen zur Verbesserung der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit der Halbleiterbauelemente zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu minimieren, zumal die Legierungskosten der Eisennickelflachleiterrahmen relativ hoch sind. Außerdem besteht der Bedarf, die elektrische Leitfähigkeit der Flachleiterrahmen gegenüber Eisennickelflachleiterrahmen zu verbessern. Jedoch sind die thermischen Kupfer(I)Oxide als Schwachstelle bei dem Einbetten von Halbleiterbauteilkomponenten in eine Kunststoffgehäusemasse bekannt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass thermische Kupferoxide auf den Flachleitern eines Kupferflachleiterrahmens eine Bondverbindung behindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Halbleiterbauteil mit Halbleiterbauteilkomponenten anzugehen, wo bei die Halbleiterbauteilkomponenten eine zuverlässige Haftung zu einer sie umgebenden Kunststoffgehäusemasse aufweisen. Diese Haftung zwischen der Kunststoffgehäusemasse und den Halbleiterbauteilkomponenten wie Flachleiterrahmen, Bonddrähten, Verdrahtungsstrukturen, Verdrahtungsfolien und/oder Leiterbahnstrukturen auf Halbleiterchips soll verbessert werden und es sollen kostengünstige Lösungen angegeben werden.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit in Kunststoffgehäusemasse eingebetteten Halbleiterbauteilkomponenten geschaffen, wobei die Halbleiterbauteilkomponenten zumindest einen Systemträger, mindestens einen auf einem Chipträger des Systemträgers angeordneten Halbleiterchip und Verbindungselemente umfassen. Die Halbleiterbauteilkomponenten weisen jeweils kupferhaltige Bereiche auf, wobei unter kupferhaltigen Bereichen auch Bereiche mit kupferhaltigen Beschichtungen und/oder Beschichtungsstrukturen verstanden werden. Die kupferhaltigen Bereiche des Sysmteträgers und weiterer Halbleiterbauteilkomponenten sind von einer Haftvermittlungsschicht mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf den mit der Kunststoffgehäusemasse in Kontakt stehenden Oberflächen bedeckt.
Ein derartiges Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass die Kunststoffgehäusemasse intensiv mit den thermisch gewachsenen Kupfer(II)-Oxid-Whiskern der Oberflächen von Halbleiterbauteilkomponenten verzahnt ist. Die Whiskern können thermisch gewachsen oder nasschemisch erzeugt sein. Thermisch gewachsene Whisker weisen den Vorteil auf, dass sie keinerlei Feuchtigkeit aufweisen. Außerdem haben diese Halbleiterbauteile den Vorteil, dass die für ein Bonden oder für ein Diffusionslöten erforderlichen trockenen thermischen Fügeprozesse auch für das Herstellen der Haftvermittlungsschicht eingesetzt werden können. Es sind somit keine kostspieligen und zusätzlichen halbleitertechnischen Anlagen erforderlich, um eine zuverlässige Haftung zwischen der Kunststoffgehäusemasse und kupferhaltigen Oberflächen der Halbleiterbauteilkomponenten eines Halbleiterbauteils zu schaffen.
Schließlich können diese nadelförmigen Kristalle in Form von Wiskern des Kupfer(II)-Oxid alle Halbleiterbauteilkomponenten eines Halbleiterbauteils bedecken, die entweder selbst aus einer Kupferlegierung bestehen, oder eine Kupferbeschichtung oder eine Beschichtungsstruktur aus einer Kupferlegierung aufweisen. Da nicht nur die Systemträger eines Halbleiterbauteils Kupferbeschichtungen und Kupferstrukturen aufweisen, sondern auch die Halbleiterchips selbst auf ihrer Oberseite zunehmend anstelle von Aluminiumleiterbahnen Kupferleiterbahnen besitzen, und auch die Bonddrahttechnologie zunehmend auf Kupfer anstelle von Gold- oder Aluminiumdrähten umgestellt wird, ist das Vorsehen einer thermisch gewachsenen Kupfer(II)-Oxid-Whisker aufweisenden Haftvermittlungsschicht eine vorteilhafte Perspektive gegenüber den bisher durch Sonderverfahren, wie galvanische Abscheidung und/oder nasschemische Abscheidung aufgebrachten, bekannten Haftvermittlungsschichten.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das Verbessern der Haftung zwischen einem Systemträger und einer Kunststoffgehäusemasse, sondern verbessert die Haftung aller kupferhaltigen Halbleiterbauteilkomponenten eines Halbleiterbauteils. Darüber hinaus hat der Gegenstand der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass nun die Kunststoffgehäusemasse aufgrund der innigen mechanischen Verbindung zu den unterschiedlichen Halbleiterbauteilkomponenten zuverlässig den mechanischen Zusammenhalt des Halbleiterbauteils gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Haftvermittlungsschicht Kupfer(II)-Oxid-Whisker einer Dicke d zwischen 1 nm ≤ d ≤ 50 nm, vorzugsweise zwischen 3 nm ≤ d ≤ 20 nm auf. Derart filigrane, nadelförmige Kristalle aus CuO bilden filzähnliche Schichten, die aus einer zunächst bei der Oxidation der kupferhaltigen Oberflächen entstehenden Kupfer(I)Oxidschicht herauswachsen. Dabei entstehen Nanokupfer(II)Oxid-Whisker mit einer mittleren Länge l zwischen 5 nm ≤ l ≤ 300 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm ≤ l ≤ 100 nm. Derartige Längen l sind optimal für das Ausbilden einer Haftvermittlungsschicht, da sie sich über mehrere hundert Molekularlagen der nadelförmigen Kristalle erstrecken. Je nach dem Grad der Umstrukturierung von Kupfer(I)Oxid zu Kupfer(II)Oxid weist die Haftvermittlungsschicht zwei Schichten auf, wobei die erste Schicht als Grenzschicht zu kupferhaltigen Oberflächen im wesentlichen Kupfer(I)Oxid aufweist und eine zweite, sich daran anschließende Schicht als Grenzschicht zu der Kunststoffgehäusemasse Kupfer(II)Oxid-Whisker besitzt.
Somit geht die Haftvermittlungsschicht von einer Whisker freien Beschichtung auf der Oberfläche der kupferhaltigen Halbleiterbauteilkomponenten zu einer Kupfer(II)-Oxid-Whisker haltigen Schicht im Übergangsbereich zu der Kunststoffgehäusemasse über. Diese Kupfer(II)-Oxid-Whisker haltige Schicht kann sich mit den herkömmlichen Kunststoffgehäusemassen aus einem Epoxidharz adhäsiv vermischen. Auch ein Polyimidkunststoff kann als Kunststoffgehäusemasse eingesetzt werden und weist eine verbesserte Adhäsion zu den Oberflächen der Halbleiterbauteilkomponenten auf, wenn vorher eine derartige Kupfer(II)-Oxid-Whisker haltige Übergangsschicht gebildet worden ist. Dabei stört es auch nicht, wenn die Kunststoffgehäusemasse, wie in den meisten Fällen, ein keramisches Füllmaterial aufweist. Derartige Kunststoffgehäusemassen sind sehr verbreitet und zeigen Probleme, wenn sie auf reine kupferhaltige Oberseiten von Halbleiterbauteilkomponenten aufgebracht werden sollen. Dabei ist festgestellt worden, dass derartige, herkömmliche Kunststoffgehäusemassen mit keramischen Partikeln als Füllmaterial auf der glatten Oberseite von Kupferleitern oder Kupferflachleitern von Kupferflachleiterrahmen nicht ausreichend haften, so dass eine Delaminationsgefahr besteht, wenn Halbleiterbauteilkomponenten nicht durch eine geeignete Haftvermittlungsschicht verbessert wurden. Zur Verbesserung der Haftvermittlung kann auch die Kunststoffgehäusemasse Kupfer(II)-Oxid aufweisen.
Von Vorteil ist es auch, wenn das Halbleiterbauteil als Halbleiterbauteilkomponente einen kupferhaltigen und/oder kupferbeschichteten Halbleiterchipträger aufweist. Derartige Halbleiterchipträger dienen dazu, den auf ihnen fixierten Halbleiterchip in Position zu halten, bis entsprechende Verbindungselemente Kontaktflächen auf den Oberseiten der Halbleiterchip mit Kontaktanschlussflächen auf entsprechenden Flachleitern sichergestellt sind.
Neben dem Systemträger aus einem Flachleiterrahmen mit Flachleitern und Halbleiterchipträger, weist das Halbleiterbauteil vorzugsweise als Halbleiterbauteilkomponente kupferhaltige Verbindungselemente zwischen einem Halbleiterchip und Außenkontakten des Halbleiterbauteils auf. Derartige Verbindungselemente sind vorzugsweise für diese erfindungsgemäße Technologie kupferhaltige oder kupferbeschichtete Bonddrähte, Bond- Bondstreifen oder Bondbänder. Da die Bonddrähte, Bondstreifen oder Bondbänder ebenfalls thermisch angebracht werden, kann auch im Rahmen eines derartigen thermischen Bondverfahrens das Aufbringen einer speziellen Haftvermittlungsschicht vorgesehen werden.
Schließlich ist es darüber hinaus möglich, die kupferhaltigen Leiterbahnen eines Halbleiterchips zu nutzen, um auch im Bereich der Oberseiten des Halbleiterchips eine intensive Verzahnung mit der umgebenden Kunststoffgehäusemasse zu erreichen. Dazu weisen geeignete Halbleiterchips vorzugsweise kupferhaltige Leiterbahnen auf, deren Oberflächen in Kontakt mit der Kunststoffgehäusemasse stehen.
Eine Anordnung für eine Mehrzahl von Halbleiterbauteilen, die einen Systemträger in Form eines Flachleiterrahmens mit mehreren nacheinander und/oder hintereinander in Zeilen und/oder Spalten angeordneten Halbleiterbauteilpositionen beinhaltet, weist die nachfolgenden Merkmale auf. Zur Aufnahme von Halbleiterbauteilkomponenten werden die Halbleiterbauteilpositionen jeweils durch einen Chipträger und Flachleiterenden des Flachleiterrahmens, die innerhalb des Kunststoffgehäuses angeordnet werden sollen, gebildet. Auf den Chipträgern sind Halbleiterchips vorzugsweise diffusionsgelötet und über diffusionsgelötete oder thermokompressionsgebondete Verbindungselemente stehen die Flachleiterenden elektrisch mit den Halbleiterchips auf dem Chipträger in Verbindung. Sämtliche kupferhaltigen oberflächennahen Bereiche des Flachleiterrahmens, der Verbindungselemente und der Halbleiterchips weisen die erfindungsgemäße Haftvermittlungsschicht mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf, so dass mit entsprechend präparierten Haftvermittlungsschichten eine derartige Anordnung die bereits oben erwähnten Vorteile aufweist.
Als Halbleiterchips werden auf dem Systemträger vorzugsweise eine Mehrzahl von signalverarbeitenden Logik- und Speicherhalbleiterchips angeordnet. In einem solchen Fall ergeben sich eine Vielzahl von Bondverbindungen, so dass für eine innige mechanische Verbindung zwischen den Bonddrahtverbindungen und der umgebenden Kunststoffgehäusemasse die Bonddrähte vorzugsweise aus Kupfer hergestellt sind oder eine kupferhaltige Beschichtung besitzen.
Ganz anders ist eine Anordnung mit Systemträger gestaltet, wenn sie für eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterchips vorgesehen ist. Hier geht es darum, großflächige Kontaktflächen des Halbleiterchips mit entsprechend großflächigen Verbindungselementen zu verbinden und schließlich das Ganze sicher in eine Kunststoffgehäusemasse einzubetten. Dabei ist es von Vorteil, wenn auch hier die Verbindungselemente, welche eine große Fläche umfassen, aus kupferhaltigem Material hergestellt sind, so dass problemlos eine Haftvermittlungsschicht thermisch durch Oxidation auf den kupferhaltigen Oberflächen ausgebildet werden kann. Die weiteren Randbedingungen, wie die Länge der Kupfer(II)-Oxid-Whisker und die Dicke der Kupfer(II)-Oxid-Whisker, sind sowohl für die Leistungshalbleiterbauteile, als auch für die Logik- und/oder Speicherhalbleiterchips unverändert in den oben angegebenen vorteilhaften Bereichen durchführbar.
Auch die Struktur der Haftvermittlungsschicht unter Beteiligung von Kupfer(I)Oxid im oberflächennahen Bereich der kupferhaltigen Oberflächen und mit dem zunehmenden Anteil von Kupfer(II)Oxid in Form von Whiskern ist für die Anordnung mit Systemträger von Vorteil. Sobald nämlich die Anordnung mit Systemträger sämtliche, für ein Halbleiterbauteil erforderliche, Halbleiterbauteilkomponenten aufweist, ist der Aufwand, whiskerfreie Oberflächen zu schaffen, nicht mehr erforderlich.
Um aus einer mit Halbleiterchips und Verbindungselementen bestückten Anordnung mit Systemträger nun die erfindungsgemäßen Halbleiterbauteile zu schaffen, ist nach dem Aufbringen der Haftvermittlungsschicht auf alle kupferhaltigen Oberflächen lediglich ein Verpacken der Halbleiterbauteilpositionen der Anordnung mit Systemträger in eine Kunststoffgehäusemasse erforderlich, wobei anschließend die Anordnung mit Systemträger in einzelne Halbleiterbauteile aufgetrennt wird. Um eine derartige Anordnung mit Systemträger herzustellen, wird eine Substratplatte, die mindestens teilweise eine kupferhaltige Metalloberfläche aufweist, strukturiert. Dazu kann vorzugs weise als Substratplatte eine Kupferlegierungsplatte verwendet werden.
Zum Strukturieren einer Kupferlegierungsplatte zu einem Systemträger bieten sich Stanzanlagen an, die eine hohe Stückzahl in kurzen Produktionszeiten schaffen können. Anstelle einer reinen Kupferlegierungsplatte kann auch als Substratplatte eine kupferbeschichtete Platte, vorzugsweise aus Kunststoff oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder auch aus Keramik verwendet werden. Keramikplatten, die teilweise kupferbeschichtet sind und als Systemträger dienen sollen, werden in Sintertechnik hergestellt, wobei diese Sintertechniken es auch ermöglichen, mehrlagige Systemträger zur Verfügung zu stellen. Am weitesten verbreitet als Systemträger ist jedoch der Flachleiterrahmen, welcher aus äußeren Flachleitern, welche die Außenkontakte des Halbleiterbauteils bilden, und inneren Flachleiterenden bestehen, die Kontaktanschlussflächen tragen, und über Verbindungselemente mit Kontaktflächen des Halbleiterchips verbunden werden können.
Derartige Flachleiterrahmen sind, wie oben bereits erwähnt, bisher aus einer relativ teuren Eisen/Nickellegierung mit 42 Gew.% Nickel. Diese Eisen/Nickelflachleiterrahmen haben zwar den Vorteil, dass sie eine hohe Adhäsion zu der umgebenden Kunststoffgehäusemasse aufweisen. Sie sind jedoch für moderne Halbleiterbauteile, insbesondere für Leistungshalbleiterbauteile aufgrund ihres hohen spezifischen Widerstandes ein Wärmeverlustfaktor.
Bei einem bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens werden beim Positionieren der Halbleiterchips in den Halbleiterbauteilpositionen die Halbleiterchips auf den Chipträgern diffusionsgelötet und anschließend wird die Anordnung mit Systemträger mit den positionierten Halbleiterchips thermisch oxidiert. Dieses ist dann von Vorteil, wenn der Halbleiterchip Flipchipkontakte aufweist und diese Flipchipkontakte direkt auf einem Chipträger angeschlossen werden können. In dem Fall ist das Anschließen der Flipchipkontakte bereits mit dem Anbringen des Halbleiterchips auf dem Chipträger abgeschlossen, so dass die Oxidation von kupferhaltigen Oberflächen unter Ausbildung von Kupfer(II)-Oxid-Whiskern in vorteilhafter Weise sofort beginnen kann.
Wenn es jedoch vorgesehen ist, einen Halbleiterchip einzusetzen, der keine Flipchipkontakte aufweist, so ist es von Vorteil, erst nach dem Anbringen von Verbindungselementen die Anordnung mit Systemträger mit den positionierten Halbleiterchips und den montierten Verbindungselementen thermisch zu oxidieren, zumal ein stoffschlüssig und elektrisch leitendes Verbinden von Verbindungselementen auf bereits oxidierten kupferhaltigen Oberflächen Probleme bereitet.
Ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird eine Anordnung mit Systemträger für mehrere Halbleiterbauteile mit positionierten Halbleiterchips und montierten Verbindungselementen, sowie mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf kupferhaltigen Metalloberflächen hergestellt. Dann werden die Halbleiterbauelementkomponenten in den Halbleiterbauteilpositionen in eine Kunststoffgehäusemasse unter Verzahnung der Kunststoffgehäusemasse mit den Kupfer(II)-Oxid-Whiskern der Haftvermittlungsschicht eingebettet. Schließlich kann sich ein Auftrennen der Anordnung mit Systemträger in einzelne Halbleiterbauteile anschließen. Dazu sind von der Haftvermittlungsschicht freizuhaltende Oberflächenbereiche entweder mit einer Schutzschicht vorher zu bedecken, bevor die Oxida tion durchgeführt wird, oder es werden nach dem Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse, beispielsweise die von der Haftvermittlungsschicht freizuhaltenden oxidierten Oberflächenbereiche für Außenkontakte chemisch reduziert oder mechanisch poliert und abgetragen, so dass ein direkter Zugriff zu den metallisch leitenden Oberflächen der Außenkontakte wieder hergestellt ist.
Das Herstellen der Haftvermittlungsschicht kann im Prinzip zwischen jedem der Fertigungsschritte zur Herstellung eines Halbleiterbauteils eingefügt werden. Wenn jedoch sämtliche, zur Verfügung stehenden, kupferhaltigen Oberflächen mit einer entsprechenden Haftvermittlungsschicht aus einem CuO mit entsprechend ausgebildeten Whiskern bereitgestellt werden sollen, so ist es von Vorteil, wenn dieser Oxidationsschritt erst kurz vor dem Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, zunächst die Haftvermittlungsschicht aufzubringen und erst danach den Systemträger mit den Halbleiterchips zu bestücken und/oder die Verbindungselemente anzubringen. Diese Verfahrensvariante kann beispielsweise gewählt werden, wenn ein nasschemisches Aufbringen der Haftvermittlungsschicht vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 bis 4 zeigen Ansichten von Halbleiterbauteilkomponenten beim Herstellen eines signalverarbeitenden Halbleiterbauteils;
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Systemträger mit Halbleiterchip und Verbindungselementen;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Systemträger der 1, nach Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht;
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Systemträger in einer Halbleiterchipposition;
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein signalverarbeitendes Halbleiterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 bis 8 zeigen Querschnitte von Halbleiterbauteilkomponenten beim Herstellen eines Leistungshalbleiterbauteils;
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Systemträger mit positioniertem Leistungshalbleiterchip und aufgebrachtem Verbindungselement;
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Systemträger gemäß 5 nach Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht;
7 zeigt eine Draufsicht auf einen Systemträger des Leistungshalbleiterbauteils;
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungshalbleiterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 bis 4 zeigen Ansichten von Halbleiterbauteilkomponenten 4 beim Herstellen eines signalverarbeitenden Halbleiterbauteils 1. Komponenten mit gleichen Funktionen werden in den nachfolgenden 1 bis 4 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht wiederholt erörtert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Systemträger 20 in Form eines Flachleiterrahmens 11 mit einem Halbleiterchip 14 und Verbindungselementen 13 in Form von Bonddrähten 16. Die Bonddrähte 16 verbinden kupferhaltige Kontaktflächen 23 auf der Oberseite 25 des Halbleiterchips 14, der einen signalverarbeitenden integrierten Schaltkreis aufweist, mit Kontaktanschlussflächen 24 auf Flachleiterenden 21 der Flachleiter 12 des Flachleiterrahmens 11. Das Flachleiterende 21 weist zur Aufnahme und Fixierung des Bonddrahtes 16 eine kupferhaltige Beschichtung 5 für die Kontaktanschlussflache 24 auf. Auch der Flachleiterrahmen 11 mit seinen Flachleitern 12 und mit dem Chipträger 10 ist aus einer Kupferlegierung hergestellt, die als Legierungselemente beispielsweise 0,3 Gew.% Cr, 0,25 Gew.% Sn und 0,2 Gew.% Zn aufweist.
Der Bonddraht 16 kann einen gold- oder aluminiumhaltigen Kern aufweisen, der von einer kupferhaltigen Beschichtung überzogen ist. Auf der Oberseite 25 des Halbleiterchips 14 sind darüber hinaus Leiterbahnen 18 vorgesehen, welche die Kontaktflächen 23 mit entsprechenden Halbleiterbauelementen der signalverarbeitenden integrierten Schaltung des Halbleiterchips 14 verbinden. Auch diese Leiterbahnen 18 sind in dieser Ausführungsform der Erfindung kupferhaltig und nicht von einer Passivierungsschicht bedeckt, so dass auch sie zur Verbesserung einer Haftung zwischen den Halbleiterbauteilkomponenten 4 und einer Kunststoffgehäusemasse, welche die Halbleiterbauteilkomponenten einbettet, beitragen können.
Vorbereitend für die nachfolgenden Schritte zur Aufbringung einer Haftvermittlungsschicht auf die kupferhaltigen Bereiche 7 der Halbleiterbauteilkomponenten 4 ist der Halbleiterchip 14 in dieser Ausführungsform der Erfindung mit seiner Rück seite 26 über eine Diffusionslotschicht 27 auf der Basis von AuSi, AuSn, AgSn, CuSn und/oder AgIn mit dem Chipträger 10 des Flachleiterrahmens 11 verbunden. Eine derartige Diffusionslotschicht 27 ist äußerst temperaturbeständig, so dass die Fixierung des Halbleiterchips 14 auf dem Chipträger 10 auch bei der nachfolgenden thermischen Aufbringung einer Haftvermittlungsschicht auf die kupferhaltigen Bereiche 7 der Halbleiterbauteilkomponenten 4 beibehalten wird.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Systemträger 20 gemäß 1, mit dem Halbleiterchip 14 auf dem Chipträger 10 und Verbindungselemente 13 von dem Halbleiterchip 14 zu Flachleiterenden 21 nach Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht 8. Diese Haftvermittlungsschicht 8 entsteht thermisch auf allen kupferhaltigen Oberflächen 6, so dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung möglichst viele der mit der Kunststoffgehäusemasse in Berührung kommenden Oberflächen 9, die eine kupferhaltige Beschichtung 5 aufweisen oder eine Kupferlegierung selbst darstellen, intensiv haftend und mechanisch verbunden werden. Um diese Haftvermittlungsschicht 8 aufzubringen, werden zunächst die Oberflächen, das heißt die in 1 gezeigten Halbleiterbauteilkomponenten 4 in einer Lösung aus Dichlormethan entfettet und mit Aceton gewaschen. Natürliche Oxide, die sich auf den Oberflächen gebildet haben, können mit einer 5 Gew.% H₂SO₄ Schwefelsäurelösung weggeätzt werden.
Danach werden die Oberseiten einer thermischen Oxidation ausgesetzt, indem die Systemträger 20 mit fixierten Halbleiterchips 14 und Verbindungselementen 13 als Halbleiterbauteilkomponenten 4 auf eine Oxidationstemperatur zwischen 150°C und 250°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 175°C in einer Sauerstoffatmosphäre für eine Zeit von 5 bis 120 Minu ten, vorzugsweise in einer Zeit zwischen 10 und 30 Minuten, erhitzt werden. Dabei kann sich in einer ersten Phase eine Kupfer(I)Oxid-Schicht unmittelbar auf den kupferhaltigen Oberflächen ausbilden, aus der jedoch nach kurzer Zeit nadel- oder haarförmige Kupfer(II)-Oxid-Whisker herauswachsen. Dabei geht typischerweise die Haftvermittlungsschicht 8 von einer whiskerfreien Beschichtung direkt auf den Oberflächen 6 der kupferhaltigen Halbleiterbauteilkomponente 4 zu einer Kupfer(II)-Oxid-Whisker haltigen Schicht im Übergangsbereich zu der Kunststoffgehäusemasse 3 über, so dass die Haftvermittlungsschicht 8 zwei Schichten aufweist. Derartige Kupfer(II)-Oxid-Whisker können je nach Oxidationsdauer eine Länge l zwischen 5 nm ≤ l ≤ 300 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm ≤ l ≤ 100 nm erreiche, also nanoskalige Strukturen bilden.
Synchron mit der Länge l nimmt auch die Dicke d zu und liegt zwischen 1 nm ≤ d ≤ 50 nm, vorzugsweise zwischen 3 nm ≤ d ≤ 20 nm. Die Wachstumsrichtung dieser Kupfer(II)-Oxid-Whisker ist unterschiedlich, so dass sie eine filzförmige Beschichtung ausbilden, welche die Adhäsion zu der aufzubringenden Kunststoffgehäusemasse deutlich gegenüber einer Adhäsion von kupferhaltigen Oberflächen zu der Kunststoffgehäusemasse verbessern. Mit dieser Haftvermittlungsschicht 8 kann eine derartige mechanische Verzahnung mit der aufzubringenden Kunststoffgehäusemasse hergestellt werden, dass die Delaminationsgefahr vermindert wird und aufgrund der thermischen Oxidation, die bei über 100°C stattfindet, auch die Gefahr von Feuchtigkeitsaufnahme bei diesem Prozess nicht gegeben ist.
Folglich ist nach Aufbringen und Verzahnen der Kunststoffgehäusemasse die Gefahr des Auftretens eines sogenannten "Pop corn-Effektes", wie sie bei nasschemischer Abscheidung von Haftvermittlungsschichten gegeben ist, nun bei der erfindungsgemäßen Haftvermittlungsschicht 8 deutlich vermindert. Dabei zeigt 2, dass nicht nur der Flachleiterrahmen 11, der in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einer kupferhaltigen Platte besteht und die Haftvermittlungsschicht 8 aufweist, sondern dass auch die Kontaktanschlussflächen 24 auf den Flachleiterenden 21, die Kontaktflächen 23 auf der Oberseite 25 des Halbleiterchips 14 und sogar die Leiterbahnen 18 auf der Oberseite 25 des Halbleiterchips 14, so weit diese kupferhaltig sind, die Haftvermittlungsschicht zeigen.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Systemträger 20 in einer Halbleiterbauteilposition 19 vor dem Aufbringen einer Kunststoffgehäusemasse zum Einbetten der Halbleiterbauteilkomponenten 4. Die Kontur des Kunststoffgehäuses ist durch eine gestrichelte Linie 28 gekennzeichnet. Sie entspricht auch in etwa der Abkantgrenze eines Schneidwerkzeugs, welches das fertige Halbleiterbauteil nach Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse aus dem Flachleiterrahmen 11 in der Halbleiterbauteilposition 19 des Systemträgers 20 herausstanzt oder herausschneidet.
Um eine intensive Verzahnung zwischen der aufzubringenden Kunststoffgehäusemasse und den Halbleiterbauteilkomponenten 4 zu erreichen, sind nicht nur die schraffierten Flächen des Flachleiterrahmens 11 zu einer Haftvermittlungsschicht 8 oxidiert, sondern auch die kupferhaltigen Bereiche 7 auf der Oberseite 25 des Halbleiterchips 14 in Form von kupferhaltigen Leiterbahnen 18, sowie die kupferhaltigen Kontaktflachen 23 und mindestens mit Kupfer beschichteten Bonddrähte 16 mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern belegt. Nach Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse und Ausstanzen des Halbleiterbauteils aus der Halbleiterbauteilposition 19 des Flachleiterrahmens 11 bilden die ausgestanzten Enden der Flachleiter 12 auf den Randseiten des Halbleiterbauteils Außenkontakte 15, auf die von außen her zugegriffen werden kann.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein signalverarbeitendes Halbleiterbauteil 1, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau aus Halbleiterbauteilkomponenten 4, die teilweise mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern als haftverbessernde Schicht 8 bedeckt sind, wie es 2 zeigt, sind nun in eine Kunststoffgehäusemasse 3 mit Hilfe eines Moldprozesses unter Freilassen von Außenkontakten 15 auf der Unterseite 29 des Halbleiterbauteils 1 eingebettet. Die in 2 auf der Unterseite des Flachleiterrahmens 11 gezeigte CuO-Schicht ist bei diesem Halbleiterbauteil nachträglich, das heißt nach dem Einbetten in die Kunststoffgehäusemasse entfernt worden, um einen niederohmigen Zugriff zu den Komponenten des Halbleiterbauteils 1 von den Außenkontaktflächen 15 auf der Unterseite 29 des Halbleiterbauteils 1 zu gewährleisten. Die auf den Randseiten des Halbleiterbauteils 1 angeordneten Außenkontakte 15 entstehen bereits durch den Stanzprozess und müssen deshalb nicht von einer Haftvermittlungsschicht befreit werden.
Durch die erfindungsgemäße Montage-Prozessführung wird eine Haftverbesserung und gleichzeitig eine Kostenreduzierung möglich, da die notwendigen Kupfer(II)-Oxid-Whisker während der Standard-Halbleiterprozesse, wie z. B. den Temperaturschritten während des Aufbringens des Halbleiterchips auf den Chipträger oder während des Bonddrahtverbindungsverfahrens hergestellt werden können und außerdem die üblichen Ag- oder Ni-Beschichtungen eines Kupferflachleiterrahmens entfallen, zumal für einen Diffusions-Lotprozess Diffusionslotmaterialien, wie AuSi, AuSn, AgSn, CuSn, oder AgIn für die stoffschlüssige Chipverbindung mit dem Chipträger 10 in dieser Ausführungsform der Erfindung genutzt werden sollen.
5 bis 8 zeigen schematische Ansichten von Halbleiterbauteilkomponenten 4 beim Herstellen eines Leistungshalbleiterbauteils 2. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren werden in den 5 bis 8 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Systemträger 20 mit einem positionierten Leistungshalbleiterchip 22 und einem aufgebrachten Verbindungselement 13. Der Leistungshalbleiterchip 22 ist mit seiner Rückseite 26, die beispielsweise eine Drainelektrode eines MOSFETs oder eine Kollektorelektrode eines IGBTs aufweist, auf einem metallischen Chipträger 10 angeordnet, dessen Unterseite gleichzeitig ein Außenkontakt 15 des Leistungshalbleiterbauteils bildet. Die Oberseite 25 des Leistungshalbleiterchips 22 ist über ein Verbindungselement 13 in Form eines Bondstreifens 17 mit einem Außenkontakt 15 in Form eines Flachleiters 12 verbunden, wobei der Bondstreifen 17 durch eine Kunststofffolie 30 gestützt wird. Nachdem ein derartiger Aufbau in einer Halbleiterbauteilposition 19 des Systemträgers 20 fertiggestellt ist, kann nun das Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht folgen.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Systemträger 20 gemäß 5 nach Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht 8. Das Aufbringen dieser Haftvermittlungsschicht 8 erfolgt wieder thermisch unter Ausbilden von Kupfer(II)-Oxid-Whiskern, wie sie bereits oben beschrieben werden. Dabei werden alle frei zugänglichen kupferhaltigen Oberflächen 6 der in den in 5 gezeigten Struktur mit einer derartigen Haftvermittlungsschicht 8 belegt.
7 zeigt eine Draufsicht auf einen Systemträger 20 des Leistungshalbleiterbauteils, das in dieser Ausführungsform der Erfindung zwei Leistungshalbleiterchips 22 und 32 aufweist, die auf getrennten Chipträgern 10 angeordnet sind. Außerdem ist ein signalverarbeitender Halbleiterchip 14 auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips 22 fixiert. Dazu weist das Leistungshalbleiterbauteil Flachleiter 12 auf, die über Bondstreifen 17 mit dem Leistungshalbleiterchip 22 und 32 und/oder dem Halbleiterchip 14 in Verbindung stehen. Die in 5 und 6 gezeigte Stützfolie 30 ist eng anliegend auf den Leistungshalbleiterchips 22 und 32, sowie auf dem signalverarbeitenden Halbleiterchip 14 unter Freilassung der Kontaktflächen 23 zum Anbringen der Bondstreifen 17 angeordnet.
Die Kontaktflächen 23 der Halbleiterchips 14, 22 und 32 sowie die Kontaktanschlussflächen 24 auf den Flachleitern 12 sind durch strichpunktierte Linien markiert. Die in 7 sichtbaren, metallisch gestreiften Flächen, welche zu den Chipträgern 10, den Bondstreifen 17 und zu den Flachleitern 12 gehören, sind kupferhaltige Oberflächen 6 und folglich nach dem in 6 gezeigten Schritt der Ausbildung von Kupfer(II)-Oxid-Whiskern von einer entsprechenden Kontaktvermittlungsschicht bedeckt und tragen dazu bei, dass eine intensive mechanische Verankerung zwischen diesen Halbleiterbauteilkomponenten 4 und der hier nicht gezeigten Kunststoffgehäusemasse vorhanden ist.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleiterbauteil 2, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die in 6 gezeigten Halbleiterbauteilkomponenten 4 sind in eine Kunststoffgehäusemasse 3 eingebettet, wobei die Außenkontakte 15 auf der Unterseite 29 des Leistungshalbleiterbauteils 2 freigelegte Außenkontaktflächen 31 aufweisen, von denen die in 6 gezeigte Haftvermittlungsschicht entfernt worden ist.

1: Halbleiterbauteil (1. Ausführungsform)
2: Halbleiterbauteil (2. Ausführungsform)
3: Kunststoffgehäusemasse
4: Halbleiterbauteilkomponente
5: kupferhaltige Beschichtung
6: kupferhaltige Oberfläche
7: kupferhaltiger Bereich
8: Haftvermittlungsschicht
9: Oberfläche in Kontakt mit der Kunststoffgehäusemasse
10: Chipträger
11: Flachleiterrahmen
12: Flachleiter
13: Verbindungselement
14: Halbleiterchip
15: Außenkontakt
16: Bonddraht
17: Bondstreifen
18: Leiterbahn
19: Halbleiterchipposition
20: Systemträger
21: Flachleiterende
22: Leistungshalbleiterchip
23: Kontaktflache des Halbleiterchips
24: Kontaktanschlussfläche
25: Oberseite des Halbleiterchips
26: Rückseite des Halbleiterchips
27: Diffusionslotschicht
28: gestrichelte Linie
29: Unterseite des Halbleiterbauteils
30: Stützfolie
31: freigelegte Außenkontaktfläche
32: Leistungshalbleiterchip

Claims

Halbleiterbauteil mit einem Systemträger und weiteren in eine Kunststoffgehäusemasse (3) eingebetteten Halbleiterbauteilkomponenten (4), wobei die Halbleiterbauteilkomponenten (4) zumindest einen auf einem Chipträger (10) des Systemträgers (20) angeordneten Halbleiterchip (14) und Verbindungselemente (13) umfassen, wobei der Systemträger und weitere Halbleiterbauteilkomponenten (4) kupferhaltige Bereiche (7) aufweisen und wobei die kupferhaltigen Bereiche (7) eine Haftvermittlungsschicht (8) mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf den mit der Kunststoffgehäusemasse (3) in Kontakt stehenden Oberflächen aufweisen.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer(II)-Oxid-Whisker thermisch gewachsen sind.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer(II)-Oxid-Whisker nasschemisch erzeugt sind.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) Kupfer(II)-Oxid-Whisker einer Dicke d zwischen 1 nm ≤ d ≤ 50 nm vorzugsweise zwischen 3 nm ≤ d ≤ 20 nm aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) Kupfer(II)-Oxid-Whisker einer mittleren Länge l zwischen 5 nm ≤ l ≤ 300 nm vorzugsweise zwischen 10 nm ≤ l ≤ 100 nm aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) zwei Schichten aufweist, wobei die erste Schicht als Grenzschicht zu kupferhaltigen Oberflächen (6) im wesentlichen Kupfer(I)Oxid aufweist und eine zweite Schicht als Grenzschicht zu der Kunststoffgehäusemasse (3) Kupfer(II)Oxid-Whisker aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) von einer whiskerfreien Beschichtung auf den Oberflächen (6) der kupferhaltigen Halbleiterbauteilkomponente (4) zu einer Kupfer(II)-Oxid-Whisker haltigen Schicht im Übergangsbereich zu der Kunststoffgehäusemasse (3) übergeht.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponente (4) einen kupferhaltigen Halbleiterchipträger (10) aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponente (4) einen kupferbeschichteten Halbleiterchipträger (10) aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponenten (4) einen kupferhaltigen Flachleiterrahmen (11) mit Flachleitern (12) und einen kupferhaltigen Halbleiterchipträger (10) aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponenten (4) kupferhaltige Verbindungselemente (13) zwischen dem Halbleiterchip (14) und Außenkontakten (15) des Halbleiterbauteils (1) aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponenten (4) kupferhaltige Bonddrähte (16), Bondstreifen (17) oder Bondbänder aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponenten (4) Bonddrähte (16), Bondstreifen (17) oder Bondbänder mit kupferhaltiger Beschichtung aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) als Halbleiterbauteilkomponente (4) einen Halbleiterchip (14) mit kupferhaltigen Leiterbahnen (18) aufweist, deren Oberflächen in Kontakt mit der Kunststoffgehäusemasse (3) stehen und die Haftvermittlungsschicht (8) aufweisen.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (14) auf den Chipträger (10) diffusionsgelötet ist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffgehäusemasse (3) ein Epoxidharz aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffgehäusemasse (3) einen Polyimidkunststoff aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffgehäusemasse (3) ein keramisches Füllmaterial aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffgehäusemasse (3) Kupfer(II)-Oxid aufweist.
Anordnung für eine Mehrzahl von Halbleiterbauteilen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Anordnung einen Systemträger in Form eines Flachleiterrahmens (11) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterbauteilpositionen (19) aufweist, die zur Aufnahme von Halbleiterbauteilkomponenten (4) dienen und jeweils durch einen Chipträger (10) und Flachleiterenden (21) des Flachleiterrahmens (11) gebildet sind, wobei auf den Chipträgern (10) Halbleiterchips (14) aufgebracht sind und über Verbindungselemente (13) mit den Flachleiterenden (21) elektrisch in Verbindung stehen, und wobei kupferhaltige oberflächennahe Bereiche des Flachleiterrahmens (11), der Verbindungselemente (13) und der Halbleiterchips (14) Haftvermittlungsschichten (8) mit Kupfer(II)-Oxid-Whiskern aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterchips (14) über diffusionsgelötete oder thermokompressionsgebondete Verbindungselemente (13) mit den Flachleiterenden (21) elektrisch in Verbindung stehen.
Anordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) des Systemträgers (20) mit Halbleiterchips (14) und Verbindungselementen (13) Kupfer(II)-Oxid-Whisker einer Dicke d zwischen 1 nm ≤ d ≤ 50 nm, vorzugsweise zwischen 3 nm ≤ d ≤ 20 nm aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) des Systemträgers (20) mit Halbleiterchips (14) und Verbindungselementen (13) Kupfer(II)-Oxid-Whisker einer mittleren Länge l zwischen 5 nm ≤ l ≤ 300 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm ≤ l ≤ 100 nm aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) des Systemträgers (20) mit Halbleiterchips (14) und Verbindungselementen (13) zwei Schichten aufweist, wobei die erste Schicht als Grenzschicht zu kupferhaltigen Oberflächen (9) im wesentlichen Kupfer(I)Oxid aufweist und eine zweite Schicht als Grenzschicht zu der Kunststoffgehäusemasse (3) Kupfer(II)Oxid-Whisker aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (8) des Systemträgers (20) mit Halbleiterchips (14) und Verbindungselementen (13) von einer whiskerfreien Beschichtung auf den Oberflächen (9) der kupferhaltigen Halbleiterbauteilkomponenten (4) zu einer Kupfer(II)-Oxid-Whisker haltigen Schicht im Übergangsbereich zu der Kunststoffgehäusemasse (3) übergeht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemträger (20) eine Mehrzahl von signalverarbeitenden Logik- oder Speicherhalbleiterchips (14) auf den Chipträgern (10) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemträger (20) eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterchips (22, 32) auf den Chipträgern (10) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (14) auf den Chipträger (10) diffusionsgelötet ist.
Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleiterbauteile (1), das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Strukturieren einer Substratplatte, die mindestens teilweise kupferhaltige Oberflächen (6) aufweist, zu einem Systemträger (20) mit einer Mehrzahl aufeinander folgender Muster zur Aufnahme von Halbleiterbauteilkomponenten (4) in Halbleiterbauteilpositionen (19) des Systemträgers (20), wobei in den Halbleiterbauteilpositionen (19) jeweils mindestens ein Chipträger (10) angeordnet wird; – Herstellen von Halbleiterchips (14) mit teilweise kupferhaltigen Oberflächen (6) und von Verbindungselementen (13) mit teilweise kupferhaltigen Oberflächen (6); – Oxidation des Systemträgers (20) und weiterer Halbleiterbauteilkomponenten (4) unter Bildung von Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf den kupferhaltigen Oberflächen (6) zur Vorbereitung eines Einbettens der Halbleiterbauteilkomponenten (4) in eine Kunststoffgehäusemasse (3); – Anbringen der Verbindungselemente und Positionieren der Halbleiterchips (14) auf den Chipträgern (10) der Halbleiterbauteilpositionen (19).
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation des Systemträgers (20) und weiterer Halbleiterbauteilkomponeneten (4) mit montierten Halbleiterbauteilkomponeneten (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Oxidation thermisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Oxidation nasschemisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zum Strukturieren der Substratplatte zu einem Systemträger (20) eine Kupferlegierungsplatte verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zum Strukturieren der Substratplatte zu einem Systemträger (20) eine mit Kupfer beschichtete Metallplatte verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass beim Strukturieren der Substratplatte ein Flachleiterrahmen (11) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anbringen von Verbindungselementen (13) kupferhaltige Verbindungselemente (13) zwischen Kontaktflächen (23) der Halbleiterchips (14) und Kontaktanschlussflächen (24) des Systemträgers (20) mittels Löten, Kleben und/oder Bonden montiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Halbleiterchips (14) auf den Chipträgern (10) der Halbleiterbauteilpositionen (19) mittels eines Diffusionslötprozesses erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 37, das folgende Verfahrensschritte aufweist, – Einbetten der Halbleiterbauteilkomponenten (4) in den Halbleiterbauteilpositionen (19) in eine Kunststoffgehäusemasse (3) unter Verzahnung der Kunststoffgehäusemasse (3) mit den eine Haftvermittlungsschicht (8) bildenden Kupfer(II)-Oxid-Whiskern auf kupferhaltigen Oberflächen (9); – Auftrennen des Systemträgers (20) in einzelne Halbleiterbauteile (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Oxidieren des Systemträgers (20) von der Haft vermittlungsschicht (8) freizuhaltende Oberflächenbereiche mit einer Schutzschicht bedeckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse (3) von der Haftvermittlungsschicht (8) freizuhaltende oxidierte Oberflächenbereiche reduziert oder abgetragen werden.