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Hintergrund der Erfindung
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Es
gibt eine Anzahl von Halbleiterchipbaugruppen. Viele Halbleiterbaugruppen
verwenden Drähte,
um Source- und Gate-Bereiche auf einem Halbleiterchip elektrisch
mit den Source- und Gate-Leitungen eines Chipträgers zu verbinden. Viele andere
Halbleiterbaugruppen verwenden Klemmen anstatt von Drähten, um
die externen Verbindungen zu externen Anschlüssen herzustellen. Derartige
Halbleiterchipbaugruppen werden manchmal als „drahtlose" Baugruppen bezeichnet. Eine typische
drahtlose Baugruppe umfasst eine Klemme, die an einem Halbleiterchip
angebracht ist. Drahtlose Halbleiterchipbaugruppen werden im allgemeinen bevorzugt,
da sie bessere thermale und elektrische Eigenschaften als Halbleiterchipbaugruppen
aufweisen, die Drähte
für Anschlussverbindungen
verwenden.
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Während klemmengebondete
Halbleiterbaugruppen nützlich
sind, könnten
Verbesserungen vorgenommen werden. Ein Problem sind beispielsweise die
hohen Kosten für
Halbleiterbaugruppenplattformen, die ein Klemmen-Bonden benötigen. Die
Kosten einer Klemme können
so hoch sein wie die Kosten des Chipträgers. Darüber hinaus benötigt ein Klemmen-Bonden
teure angepasste Klemmen-Bonder
und passende Abgabesysteme. Klemmen-gebondete Baugruppen haben daher
sehr hohe Material- und Herstellungskosten.
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Ein
anderes Problem, das beim Klemmen-Bonden besteht, ist das Problem
des Anbringens von unkonsistenten oder ungleichmäßigen Mengen von Lötmaterial
zwischen der Klemme und dem Halbleiterchip. Wenn unkonsistente oder
ungleichmäßige Mengen
von Lötmaterial
zwischen einem Chip und einer Klemme verwendet werden, können die
daraus resultierende Baugruppen schlechte Leistungseigenschaften
zeigen. Da die Merkmalsgrößen von
Komponenten von Mikroleitungsbaugruppen (MLP, „microlead package") zunehmend kleiner
werden, sind die Auslegungen durch den Metall-zu-Metall-Freiraum
und die dimensionalen Toleranzmöglichkeiten
der Technologie geätzter
und halb-geätzter
Träger
begrenzt.
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Ausführungsformen
der Erfindung gehen individuell und gemeinsam die obigen Probleme
und andere Probleme an.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Ausführungsformen
der Erfindung sind auf Halbleiterchipbaugruppen und Verfahren zum
Herstellen von Halbleiterchipbaugruppen gerichtet. Einige Ausführungsformen
der Erfindung sind auf Mikroleitungsbaugruppen (MLP) gerichtet.
Ausführungsformen
der Erfindung können
jedoch ebenfalls auf andere Arten von Halbleiterchipbaugruppen ausgedehnt
werden, wie z. B. Baugruppen mit kleinem Grundriss (SO, „small
outline").
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Bilden einer
Halbleiterchipbaugruppe gerichtet, wobei das Verfahren die Schritte
umfasst: Erhalten einer Trägerstruktur mit
wenigstens einer Leitungsstruktur mit einer Leitungsoberfläche, Anbringen
eines Halbleiterchips mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche an der
Chipträgerstruktur,
wobei die erste Oberfläche
des Halbleiterchips im wesentlichen planar zu der Leitungsoberfläche ist
und die zweite Oberfläche des
Halbleiterchips mit der Chipträgerstruktur
gekoppelt ist, und Bilden einer Schicht von leitfähigem Material
auf der Leitungsoberfläche
und der ersten Oberfläche
des Halbleiterchips, um die wenigstens eine Leitungsstruktur mit
dem Halbleiterchip zu koppeln.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung ist auf eine Halbleiterchipbaugruppe gerichtet, mit:
einer Chipträgerstruktur
mit wenigstens einer Leitungsstruktur mit einer Leitungsoberfläche, einem
Halbleiterchip mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche an der
Chipträgerstruktur,
wobei die erste Oberfläche
des Halbleiterchips im wesentlichen planar zu der Leitungsoberfläche ist
und die zweite Oberfläche
des Halbleiterchips mit der Chipträgerstruktur gekoppelt ist,
und einer leitfähigen
Schicht auf der Leitungsoberfläche
und der ersten Oberflä che
des Halbleiterchips, wobei die wenigstens eine Leitungsstruktur
mit der ersten Oberfläche
des Halbleiterchips gekoppelt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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2(a) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer
Chipträgerstruktur
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2(a)' zeigt eine Draufsicht auf eine Chipträgerstruktur
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2(b) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2(b)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2(c) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einem Formmaterial.
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2(c)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einem Formmaterial.
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2(d) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einem Formmaterial und einer Schicht von leitfähigem Material.
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2(d)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einem Formmaterial und einer Schicht von leitfähigem Material.
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2(e) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einem Formmaterial, einer Schicht von leitfähigem Material und einer darüber liegenden
Schicht von Lötpaste.
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2(e)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einem Formmaterial, einer Schicht von leitfähigem Material
und einer darüber
liegenden Schicht von Lötpaste.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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4(a) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4(a)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4(b) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
modifizierten Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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4(b)' zeigt eine Draufsicht auf einen modifizierten
Halbleiterchip, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4(c) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einer nicht-leitfähigen Maske.
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4(c)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einer nicht-leitfähigen Maske.
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4(d) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
modifizierten Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einer nicht-leitfähigen Maske.
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4(d)' zeigt eine Draufsicht auf einen modifizierten
Halbleiterchip, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einer nicht-leitfähigen Maske.
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4(e) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einer nicht-leitfähigen Maske
und einer Schicht von leitfähigem
Material für die
Source-Verbindung.
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4(e)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einer nicht-leitfähigen Maske und einer Schicht
von leitfähigem
Material für
die Source-Verbindung.
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4(f) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einer nicht-leitfähigen
Maske, einer Schicht von leitfähigem
Material für
die Source-Verbindung und einem Draht-Bond für die Gate-Verbindung.
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4(f)' zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip,
der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einer nicht-leitfähigen Maske, einer Schicht
von leitfähigem
Material für
die Source-Verbindung und einem Draht-Bond für die Gate-Verbindung.
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4(g) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit einer nicht-leitfähigen Maske,
einer Schicht von leitfähigem
Material für
die Source-Verbindung, einem Draht-Bond für die Gate-Verbindung und einer
Verkapselung über
der Halbleiterbaugruppe.
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4(h) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
modifizierten Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit einem kon tinuierlichen Streifen einer nicht-leitfähigen Maske, einer
Schicht von leitfähigem
Material für
die Source- und Gate-Verbindungen.
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4(i) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
modifizierten Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit zwei Streifen einer nicht-leitfähigen Maske,
einer Schicht von leitfähigem
Material für
die Source- und Gate-Verbindungen und einer darüber liegenden Lötpaste.
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4(i)' zeigte eine Draufsicht auf einen modifizierten
Halbleiterchip, der auf einer Chipträgerstruktur angebracht ist,
mit zwei Streifen einer nicht-leitfähigen Maske,
einer Schicht von leitfähigem Material
für die
Source- und Gate-Verbindungen und einer darüber liegenden Lötpaste.
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4(j) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
modifizierten Halbleiterchips, der auf einer Chipträgerstruktur
angebracht ist, mit zwei Streifen einer nicht-leitfähigen Maske,
einer Schicht von leitfähigem
Material für
die Source- und Gate-Verbindungen, einer darüber liegenden Lötpaste und
einer Verkapselung über
der Halbleiterbaugruppe.
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5(a) zeigt eine Draufsicht auf eine Multi-Chip-Plattform
mit zwei Halbleiterchips, die auf einer Chipträgerstruktur angebracht sind,
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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5(b) zeigt eine Draufsicht auf eine Multi-Chip-Plattform
mit zwei Halbleiterchips, die auf einer Chipträgerstruktur angebracht sind,
mit einem Formmaterial.
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5(c) zeigt eine Draufsicht auf eine Multi-Chip-Plattform
mit zwei Halbleiterchips, die auf einer Chipträgerstruktur angebracht sind,
mit einem Formmaterial und einem leitfähigen Material.
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5(d) zeigt eine Draufsicht auf eine Multi-Chip-Plattform
mit zwei Halbleiterchips, die auf einer Chipträgerstruktur angebracht sind,
mit einem Formmaterial, einer Schicht von leitfähigem Material und einer darüberliegenden
Schicht von Lötpaste.
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5(e) zeigt eine Draufsicht auf eine Multi-Chip-Plattform
mit zwei Halbleiterchips, die auf einer Chipträgerstruktur angebracht sind,
mit einem Formmaterial, einer Schicht von leitfähigem Material, einer darüberliegenden
Schicht von Lötpaste
und einer Verkapselung über
der Halbleiterbaugruppe.
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5(f) zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer
Multi-Chip-Plattform mit zwei Halbleiterchips, die auf einer Chipträgerstruktur
angebracht sind, mit einem Formmaterial, einer Schicht von leitfähigem Material,
einer darüber
liegenden Schicht von Lötpaste
und einer Verkapselung über
der Halbleiterbaugruppe.
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Detaillierte Beschreibung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gehen die obigen Probleme und andere
Probleme durch Bereitstellen einer vollständig oder im wesentlichen vollständig klemmenlosen
und drahtlosen Verbindung in einer Baugruppe an, während die
Vorteile einer klemmen-gebondeten Baugruppe gegenüber einer
drahtgebondeten Baugruppe beibehalten werden. Derartige Vorteile
umfassen einen geringen Ein-Widerstan (RDSon)
und hohe Stromführungsfähigkeiten.
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Ein
anderer Vorteil einer derartigen Baugruppe sind die geringen Kosten
von vollständig
oder im wesentlichen vollständig
klemmenlosen und drahtlosen Plattformen. Da die Kosten einer Klemme
typischerweise so hoch sind wie die Kosten der Chipträgerstruktur,
würde eine
klemmenlose Baugruppe die Materialkosten für Plattformen für Halbleiterchipbaugruppen
signifikant verringern. Während
ein Klemmen-bonden teure einzeln hergestellte Klemmen-Bonder und
Pasten-Abgabesysteme
benötig, können darüber hinaus
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung von lediglich einem Standard-Siebdrucker
Gebrauch machen. Daher sind die Herstellungskosten ebenso verringert.
Dementsprechend sind ebenso die Kosten verringert, die mit Einsetzersetzungen
für existierende
Standardbaugruppen verbunden sind.
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Eine
drahtlose und klemmenlose Baugruppe gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet keine oder reduziert wesentlich die
Anzahl von Drähten
oder Klemmenstrukturen, die benötigt
werden, die Eingabe- und/oder
Ausgabe-Anschlüsse
in einer elektrischen Vorrichtung in einem Halbleiterchip mit einer
Chipträgerstruktur
und Entsprechendem zu verbinden. Bei einer Halbleiterchipbaugruppe
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Halbleiterchipbaugruppe,
anstelle von Klemmen oder Draht-Bonds,
eine Schicht von leitfähigem
Material über
der Chipträgerstruktur
und dem Halbleiterchip, um die wenigstens eine Leitungsstruktur
in der Chipträgerstruktur
mit Anschlüssen
in dem Halbleiterchip zu koppeln.
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozessablauf gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung illustriert. Jeder Schritt in dem Ablaufdiagramm ist
im folgenden im Detail beschrieben, mit Bezug auf die 2(a)–2(e)'.
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Zunächst wird
eine Chipträgerstruktur
bereitgestellt, wie in Schritt 1(a) angezeigt. Der Begriff „Chipträgerstruktur" kann sich auf eine
Struktur beziehen, die ein Chipträger ist oder von einem Chipträger abgeleitet
ist. 2(a) zeigt eine Querschnittsansicht
einer Chipträgerstruktur 20 und 2(a)' zeigt eine Draufsicht auf die Chipträgerstruktur 20.
Jede Chipträgerstruktur
kann zwei oder mehr Leitungen mit Leitungsoberflächen 20(a) und einen
Chipanbringungsbereich 20(b) aufweisen. Die Leitungen erstrecken
sich in seitlicher Richtung von dem Chipanbringungsbereich 20(b).
Eine einzelne Chipträgerstruktur kann
eine Gate-Leitungsstruktur 20(c) und
eine Source-Leitungsstruktur 20(d) aufweisen. In 2(a)' beziehen sich die beispielhaften Bezeichnungen
von G, S und D jeweils auf Gate-, Source- und Drain-Leitungsfinger.
Die Gate- und Source-Leitungsfinger und -Strukturen sind elektrisch
voneinander in der Halbleiterbaugruppe isoliert, die schließlich gebildet
wird.
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Die
Chipträgerstruktur 20 kann
jedes geeignete Material aufweisen. Beispielhafte Chipträgerstrukturmaterialien
schließen
Metalle wie Kupfer, Aluminium, Gold usw. und Legierungen davon ein.
Die Chipträgerstrukturen
können
ebenso plattierte Schichten wie plattierte Schichten von Gold, Chrom, Silber,
Palladium, Nickel usw. aufweisen. Die Chipträgerstruktur 20 kann
ebenso jede geeignete Di cke aufweisen, einschließlich einer Dicke von weniger
als etwa 1 mm (beispielsweise von weniger als 0,5 mm).
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Die
Chipträgerstruktur
kann geätzt
und/oder unter Verwendung herkömmlicher
Prozesse mit einem Muster versehen werden, um die Leitungen oder andere
Abschnitte der Chipträgerstruktur
zu formen. Beispielsweise kann die Chipträgerstruktur durch Ätzen eines
kontinuierlichen leitfähigen
Blattes zum Bilden eines vorbestimmten Musters gebildet sein. Vor oder
nach einem Ätzen
kann die Chipträgerstruktur ebenso
gestanzt werden, so dass die Chipanbringungsoberfläche der
Chipträgerstruktur
hinsichtlich der Leitungsoberflächen
der Leitungen der Chipträgerstruktur
nach unten versetzt ist. Wenn ein Stanzen verwendet wird, kann die
Chipträgerstruktur
eine von vielen Chipträgerstrukturen
in einer Anordnung von Chipträgerstrukturen
sein, die durch Stege verbunden sind. Die Chipträgerstrukturanordnung kann ebenso
geschnitten werden, um die Chipträgerstrukturen von anderen Chipträgerstrukturen
zu trennen. Als ein Ergebnis des Schneidens können Abschnitte einer Chipträgerstruktur
in einer abschließenden Halbleiterchipbaugruppe
wie eine Source-Leitung und eine Gate-Leitung elektrisch und mechanisch voneinander
entkoppelt sein. Daher kann eine Chipträgerstruktur eine kontinuierliche
metallische Struktur oder eine diskontinuierliche metallische Struktur sein.
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Nachdem
eine Chipträgerstruktur
erhalten wurde, wird wenigstens ein Halbleiterchip auf der Chipträgerstruktur
angebracht und daran befestigt, wie es in Schritt 1(b) von 1 angezeigt
ist. 2(b) zeigt einen Halbleiterchip 30,
der eine erste Oberfläche 32(a) und
eine zweite Oberfläche 32(b) besitzt
und auf der Chipträgerstruktur 20 angebracht ist.
Die zweite Oberfläche 32(b) des
Halbleiterchips 30 befindet sich in der Nähe des Chipanbringungsbereiches 20(b) der
Chipträgerstruktur 20.
Jeder geeignete Klebstoff oder jedes geeignete Lötmittel kann verwendet werden,
um den Halbleiterchip 30 an der Chipträgerstruktur 20 in
dem Chipanbringungsbereich 20(b) der Chipträgerstruktur
anzubringen.
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Der
Halbleiterchip 30 kann einen Gate-Bereich 30(a) und
einen Source-Bereich 30(b) an der ersten Oberfläche 32(a) des
Halbleiterchips 30 aufweisen und einen Drain-Bereich 30(c) an
der zweiten Oberfläche 32(b) des
Halbleiterchips 30 aufweisen. Der Gate-Bereich 30(a) und
der Source-Bereich 30(b) sind in der Drauf sicht von 2(b)' gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die erste Oberfläche 32(a) des Halbleiterchips 30 im wesentlichen
koplanar mit der Leitungsoberfläche 20(a) der
Chipträgerstruktur 20,
wie es mit der gepunkteten Linie in 2(b) gezeigt
ist.
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Der
Halbleiterchip 30 kann jede geeignete Halbleitervorrichtung
sein. Derartige Vorrichtungen können
vertikale oder horizontale Vorrichtungen umfassen. Vertikale Vorrichtungen
besitzen wenigstens einen Eingang an einer Seite des Chips und einen Ausgang
an der anderen Seite des Chips, so dass Strom vertikal durch den
Chip fließen
kann. Horizontale Vorrichtungen umfassen wenigstens einen Eingang
an einer Seite des Chips und wenigstens einen Ausgang an der gleichen
Seite des Chips, so dass Strom horizontal durch den Chip fließen kann.
Vertikale Leistungsvorrichtungen werden ebenso in den US-Patentanmeldungen
Nr. 6,274,905 und 6,315,018 beschrieben, die beide an den gleichen
Inhaber wie die vorliegende Anmeldung zugewiesen sind und die beide
hierdurch in Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke einbezogen sind.
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Vertikale
Leistungstransistoren umfassen VDMOS-Transistoren und vertikale
bipolare Transistoren. Ein VDMOS-Transistor ist ein MOSFET, der zwei
oder mehr Halbleiterbereiche besitzt, die durch Diffusion gebildet
sind. Er besitzt einen Source-Bereich, einen Drain-Bereich und ein
Gate. Die Vorrichtung ist vertikal dahingehend, dass der Source-Bereich
und der Drain-Bereich an gegenüberliegenden Oberflächen des
Halbleiterchips angeordnet sind. Das Gate kann eine eingegrabene
Gate-Struktur oder eine planare Gate-Struktur sein, und ist auf
der gleichen Oberfläche
wie der Source-Bereich gebildet. Eingegrabene Gate-Strukturen sind bevorzugt, da
eingegrabene Gate-Strukturen schmaler sind und weniger Platz beanspruchen
als planare Gate-Strukturen. Während
des Betriebs ist der Stromfluss von dem Source-Bereich zu dem Drain-Bereich
einer VDMOS-Vorrichtung
im wesentlichen senkrecht zu den Chipoberflächen.
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Zwei
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden im folgenden hinsichtlich der Bearbeitung der
Halbleiterchipbaugruppe beschrieben, nachdem der Halbleiterchip 30 an
der Chipträgerstruktur 20 in
dem Chipanbringungsbereich 20(b) angebracht ist.
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I. Prozessablauf A
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Nachdem
der Halbleiterchip 30 an der Chipträgerstruktur 20 angebracht
ist, kann ein Formmaterial 40 um mindestens einen Abschnitt
der Chipträgerstruktur 20 und
des Chips 30 gebildet werden, um eine Formstruktur einschließlich der
Chipträgerstruktur
und dem Chip 30 zu bilden, wie es in Schritt 1(c) in 1 angegeben
ist. Eine Formstruktur weist im allgemeinen einen geringeren Verzug
und eine größere Gesamtplattensteifigkeit
als andere Strukturen auf. Wie in 2(c) gezeigt,
bedeckt ein Formmaterial 40 mit einer ersten Oberfläche 40(a) und
einer zweiten Oberfläche 40(b) die
Chipträgerstruktur 20. Typischerweise
ist wenigstens eine Oberfläche
der Chipträgerstruktur,
etwa die Leitungsstruktur 20(a), im wesentlichen koplanar
mit der ersten Oberfläche 40(a) des
Formmaterials 40. In der in 2(c) gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
weist die erste Oberfläche 32(a) des
Halbleiterchips 30 ebenso eine gemeinsame Ebene mit der
Leitungsstruktur 20(a) und der ersten Oberfläche 40(a) der
Formung 40 auf. Die Formstruktur, die in 2(c)' gezeigt ist, zeigt ebenso, dass Oberflächen des
Gate-Bereichs 30(a) und des Source-Bereichs 30(b) des
Halbleiterchips 30 und Oberflächen der Gate-Leitungsstruktur 20(c) und
der Source-Leitungsstruktur 20(d) alle eine gemeinsame
Fläche
aufweisen und durch das Formmaterial 40 hindurch freigelegt
sind.
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Jeder
geeignete Formprozess einschließlich eines
folien- oder band-assistierten Transferformprozesses kann verwendet
werden. Beispielsweise in einem band-assistierten, einseitigen Formprozess
werden die Chipträgerstruktur 30 und
der Halbleiterchip 20 an einer Klebeseite einer Bandstruktur
angeklebt. Diese Kombination wird dann in einer Formhöhlung einer
Form platziert. Formmaterial 40 (in flüssiger oder halb-flüssiger Form)
wird dann in die Formkammer unter der Chipträgerstruktur 20 eingebracht
und das Formmaterial 40 tritt aufwärts hindurch und füllt die
Freiräume
in der Chipträgerstruktur 20.
Sobald das Formmaterial sich verfestigt, können die Band-Struktur, die
Chipträgerstruktur 20 und
das Formmaterial 40 von der Kammer entfernt werden. Übermäßiges Formmaterial
könnte
von der Seite der Chipträgerstruktur 20 gegenüber der
Band-Struktur entfernt werden, bevor oder nachdem es verfestigt ist.
Die Band-Struktur kann dann von der Chipträgerstruktur 20 und
dem Halbleiterchip 30 getrennt werden. Die Oberflächen der
Chipträgerstruktur 20 und des
Halbleiterchips 30, die in Kontakt mit der Band-Struktur
waren, etwa die Leitungsstrukturen 20(c) und 20(d) und
die Bereiche 30(a) und 30(b), sind durch das verfestigte
Formmaterial hindurch freigelegt. In anderen Ausführungsformen
können zwei
Formwerkzeuge verwendet werden, anstelle eines band-assistierten
Prozesses.
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Nach
einem Einformen der Chipträgerstruktur 20 und
des Halbleiterchips 30 mit dem Formmaterial 40 können Abgratungs-,
Entgratungs- und Putz-Prozesse durchgeführt werden. Entgratungs- und
Putz-Prozesse, die im Stand der Technik bekannt sind, können verwendet
werden, um überschüssiges Formmaterial
zu entfernen.
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Das
Formmaterial 40 kann jedes geeignete Material für das Formen
sein, etwa Biphenyl-basierte Materialien und multi-funktionale quervernetzte
Epoxidharzkompositmaterialien. Wenn die Leitungsstrukturen 20(c) und 20(d) der
Chipträgerstruktur 20 sich nicht
seitwärts
außerhalb
des Formmaterials 40 erstrecken, kann die Halbleiterbaugruppe
als eine „leitungslose" Baugruppe betrachtet
werden. Wenn sich die Leitungsstrukturen 20(c) und 20(d) der
Chipträgerstruktur 20 aus
dem Formmaterial 40 heraus erstrecken, kann die Halbleiterbaugruppe
eine „Leitungsbaugruppe" sein.
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Nachdem
der Halbleiterchip 30 an der Chipträgerstruktur 20 angebracht
ist, können
die obere Oberfläche 32(a) und/oder
die untere Oberfläche 32(b) des
Halbleiterchips 30 elektrisch mit den leitfähigen Bereichen
der Chipträgerstruktur
gekoppelt werden, etwa mit den Leitungsstrukturen 20(c) und 20(d).
Typischerweise wurden der Halbleiterchip 30 und die leitfähigen Abschnitte
der Chipträgerstruktur miteinander
draht-gebondet. Alternativ wurden leitfähige Klemmen verwendet, um
den Halbleiterchip 30 mit den leitfähigen Abschnitten der Chipträgerstruktur 20 elektrisch
zu koppeln. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung eliminieren jedoch den Bedarf nach einem Draht-Bonden
oder leifähigen Klemmen
vollständig.
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Bei
den Ausführungsformen
der Erfindung wird stattdessen die elektrische Verbindung zwischen
dem Halbleiterchip 30 und den Leitungsstrukturen 20(c) und 20(d) von
einer leitfähigen
Folie oder Schicht von leitfähigem
Material über
Bereichen des Halbleiterchips 30 und der Chipträgerstruktur 20 bereitgestellt,
die durch die Einformung 40 hindurch freigelegt sind, wie
es in Schritt 1(d) von 1 angezeigt
ist. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform, die
in 2(d) gezeigt ist, bedeckt eine
Folie oder eine Schicht von leitfähigem Material 50 die
eingeformte Struktur mit den freigelegten Oberflächen der Chipträgerstruktur 20 und
des Halbleiterchips 30, die eine gemeinsame Ebene teilen.
Leitfähiges
Material 50 besitzt eine äußere erste Oberfläche 50(a) und eine
zweite Oberfläche 50(b),
die die Chipträgerstruktur 20,
den Halbleiterchip 30 und das Formmaterial 40 kontaktiert.
Das leitfähige
Material 50 kann eine erste leitfähige Schicht in einigen Ausführungsformen
bilden.
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Die
Folie oder Schicht von leitfähigem
Material 50 kann in verschiedenen Weisen gebildet werden.
Beispielhafte Folienbildungsprozesse umfassen ein Siebdrucken, Dampfabscheidung,
Walzenbeschichten, Spin-Beschichten, Vorhang-Beschichten usw. Hinzufügende oder
abnehmende Prozesse können
ebenso verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform
kann die eingeformte Struktur auf einer Arbeitsoberfläche oder
einem Band platziert werden, bevor das leitfähige Material 50 durch
eine Maske abgeschieden oder aufgebracht wird. Das leitfähige Material 50 wird
dann gehärtet,
wie es in Schritt 1(e) von 1 angezeigt
ist. Wenn sich das leitfähige
Material 50 verfestigt, kann dann die Maske entfernt werden
oder von der geformten Struktur abgezogen werden. Die Bereiche der
Chipträgerstruktur 20,
die zuvor von der Maske bedeckt waren, wären dann frei von leitfähigem Material 50 und
wären daher
durch das verfestigte leitfähige
Material 50 hindurch freigelegt. Abschnitte des Halbleiterchips 30 und
der Chipträgerstruktur 20,
die durch Siebdrucken freigelegt sind, umfassen einen Abschnitt
der Source-Leitungsstruktur 20(d) und den Source-Bereich des
Halbleiterchips 30(b), wie in 2(d)' gezeigt. Freigelegte
Abschnitte des Halbleiterchips 30 und der Source-Leitungsstruktur 20(d) können ein
darauf folgendes Lotdrucken oder Elektroplattieren erlauben, sich
direkt an die Oberflächen
anzuschließen, die
unter dem leitfähigen
Material 50 liegen, und sich daher auf dem leitfähigen Material
zu verankern. Dies wird die Verlässlichkeit
erhöhen
und den Widerstand der elektrischen Verbindung verringern und erhöht ebenso
den Querschnitt der leitfähigen
Trasse.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung dient das leitfähige
Material 50 als eine Keimschicht oder Adhäsionsschicht
für das
darauffolgende Lotdrucken und/oder Elektroplattieren. Ein darauffolgendes
Lot-Drucken, ein Lötpasten-Reflow
und Elektroplattierprozesse, wie von den Schritten 1(f)–1(h) von 1 angezeigt,
können
ferner die elektrische Leistung der Kontakte zwischen dem Halbleiterchip 30 und
den Leitungsstrukturen 20(c) und 20(d) verbessern.
Ein darauffolgendes Drucken mit Lötpaste ist in den 2(e) und 2(e)' gezeigt.
Die Bedeckung mit Lötpaste 60 kann
größer sein
als die des leitfähigen
Materials 50, so dass die Lötpaste 60 sich auf dem
leitfähigen
Material 50 verankern kann und damit eine verlässlichere
elektrische Verbindung bereitstellt. Die Schicht von Lötpaste 60 kann
eine zweite leitfähige
Schicht in einigen Ausführungsformen
bilden. Wie gezeigt ist, liegen zwei getrennte Lötregionen vor, die jeweils
den Gate- und Source-Verbindungen entsprechen.
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Die
Schicht von leitfähigem
Material 50 und die Schicht von Lötpaste 60 können jede
geeignete Dicke aufweisen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen
die Dicke der Schicht von leitfähigem
Material 50 geringer als 50 Mikron sein. Die Dicke der
Schicht von Lötpaste 60 kann
in einigen Ausführungsformen
geringer als etwa 100 Mikron sein.
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Die
Bedeckung der leitfähigen
Schicht 50, der folgenden Lötpaste 60 und/oder
des Elektroplattierens kann kleiner sein als die Größe der geformten Struktur
des Chipträgers 20,
des Halbleiterchips 30 und der Formung 40, um
eine freigelegte Formung um die Kanten der Halbleiterbaugruppe beizubehalten.
Dies kann verhindern, dass sich eine Brückenbildung von Lötmaterial
während
des Platinenmontierens ergibt.
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Nachdem
der Halbleiterchip 30 mit den Gate- und Source-Leitungsstrukturen
durch die leitfähige Schicht 50 und
folgende Schichten von Lötmittel 60 und/oder
Elektroplattieren elektrisch gekoppelt ist, kann ein Einkapselmaterial
(nicht gezeigt) über
der gesamten Halbleiterchipbaugruppe angeordnet werden, um die Bauteile
zu schützen.
Das Einkapselmaterial kann das gleiche oder eine andere Art von
Material umfassen, als das zuvor beschriebene Formmaterial, etwa
Bi-Phenylmaterialien
und multifunktionale quervernetzte Epoxydharzkomposite. In einigen Ausführungsformen
kann das Einkapselmaterial anders sein als das Formmaterial. Jedes
geeignete Einkapselmaterial kann verwendet werden.
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II. Prozessablauf B
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozessablauf gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung illustriert. Jeder Schritt in dem Ablaufdiagramm ist
im folgenden detaillierter beschrieben, mit Bezug auf die 4(a)–4(j)'.
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4(a) und 4(a)' zeigen
Prozessschritte, die identisch zu den Schritten von Prozessablauf
A sind, die oben detaillierter beschrieben sind, mit einem Bereitstellen
einer Chipträgerstruktur 20, angezeigt
von Schritt 3(a), und einem Anbringen eines Halbleiterchips 30 auf
der Chipträgerstruktur 20, angezeigt
von Schritt 3(b). Der Halbleiterchip 30 besitzt
eine erste Oberfläche 32(a) und
eine zweite Oberfläche 32(b),
wobei die zweite Oberfläche 32(b) benachbart
zu der Chipträgerstruktur 20 angeordnet ist
und die erste Oberfläche 32(a) eine
gemeinsame Fläche
mit der Leitungsstruktur 20(a) aufweist. Die 4(b) und 4(b)' zeigen
eine andere Ausführungsform
der Erfindung, die einen modifizierten Halbleiterchip verwendet,
um den Freiraum zwischen Gate und Source zu der Chipkante zu vergrößern. 4(b)' zeigt eine Draufsicht auf die modifizierten Gate-
und Source-Bereiche 38 des modifizierten Halbleiterchips 30.
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Nachdem
der Halbleiterchip 30 an der Chipträgerstruktur 20 angebracht
ist, wird der Formschritt, der in Prozessablauf A detailliert beschrieben
ist, wie in 2(c) gezeigt, nicht durchgeführt. Stattdessen bezeichnet
Schritt 3(c) von 3, dass
eine Lücke zwischen
dem Halbleiterchip 30 und der Chipträgerstruktur 20 von
einem nicht-leitfähigen
Material bedeckt wird. Dieser Schritt kann durch Drucken einer Lotmaske
oder durch Platzieren eines Bandes oder eines Klebmittels über der
Lücke zwischen
der Leitungsoberfläche 20(a) und
der ersten Oberfläche
des Halbleiterchips 32(a) erreicht werden, wie es in 4(c)–4(d) gezeigt ist. Die nicht-leitfähige Maske
oder das nicht-leitfähige
Band 70 hindert das folgende leitfähige Material daran, durch
die Lücke zwischen
der Oberfläche 20(a) der
Chipträgerstruktur
und dem Halbleiterchip 30 hindurchzufließen.
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In
der Ausführungsform,
die in den 4(c) und 4(c)' gezeigt
ist, bedeckt die Lotmaske, der nicht-leitfähige Klebstoff oder die Band-Aufbringung 70 die
Lücke zwischen
der Source-Leitungsstruktur 20(d) und dem Source-Bereich 30(b) des Halbleiterchips 30.
Dieses Verfahren erlaubt die Verwendung von existierenden Halbleiterchips.
Eine andere Ausführungsform,
die in den 4(d) und 4(d)' gezeigt
ist, zeigt den modifizierten Halbleiterchip von 4(b) und 4(b)'.
Die Lotmaske, der nicht-leitfähige
Klebstoff oder die Bandanbringung 70 bedeckt die modifizierten
Gate- und Source-Bereiche 38 für die modifizierte Halbleiterchipausführungsform.
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Nachdem
die Lotmaske oder der nicht-leitfähige Klebstoff 70 abgebeben
oder aufgebracht wurde, wird ein leitfähiges Material über der
Halbleiterbaugruppe gedruckt und gehärtet, wie von Schritten 3(d) und 3(i) in 3 angezeigt.
Die 4(e) und 4(e)' zeigen,
dass die leitfähige
Schicht 80 die Source-Verbindung
zwischen der Chipträgerstruktur 20 und
dem Halbleiterchip 30 bereitstellt. Ein leitfähiges Material 80 ist über der
Source-Leitungsstruktur 20(d), dem nicht-leitfähigen Material 70 und
dem Source-Bereich 30(b) des Halbleiterchips 30 angeordnet
oder angebracht, um die elektrische Verbindung zwischen den Leitungen
und dem Halbleiterchip bereitzustellen. Das leitfähige Material 80 kann jedes
der Materialien sein und von jedem der Verfahren gebildet werden,
wie sie zuvor für
die Folie oder Schicht von leitfähigem
Material 50 im Prozessablauf A beschrieben wurden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Gate-Verbindung durch Draht-Bonden bereitgestellt
werden. Beispielsweise ist ein Draht-Bond 82 in 4(f) und 4(f)' gezeigt,
um den Gate-Bereich 30(a) des Halbleiterchips 30 mit
der Gate-Leitungsstruktur 20(c) der Chipträgerstruktur 20 elektrisch
zu verbinden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann diese Gate-Verbindung
von einer Folie oder einer Schicht von leitfähigem Material 84 anstelle
eines Draht-Bonds 82 bereitgestellt werden, wie es in 4(h)' gezeigt ist.
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4(h)–4(i)' zeigen die modifizierte Halbleiterstruktur
mit den modifizierten Gate- und Source-Bereichen 38. Bei
der Ausführungsform
der modifizierten Halbleiterstruktur, die in den 4(h) und 4(h)' gezeigt
ist, ist die nichtleitfähige Schicht
oder der Klebstoff 72 in einem einzelnen Streifen über der
Gate-Leitungsstruktur 20(c) und der Source-Leitungsstruktur 20(d) aufgebracht.
Bei einer anderen Ausführungsform
der modifizierten Halbleiterstruktur, die in den 4(i) und 4(i)' gezeigt ist,
ist die nicht-leitfähige
Schicht oder der Klebstoff in zwei Streifen 74(a) und 74(b) aufgebracht.
Der nicht-leitfähige
Streifen 74(a) bedeckt die Lücke zwischen der Gate-Leitungsstruktur 20(c) und
dem Halbleiter-Gate-Bereich 30(a) und
der nicht-leitfähige Streifen 74(b) bedeckt
die Lücke
zwischen der Source-Leitungsstruktur 20(d) und dem Halbleiter-Source-Bereich 30(b).
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Schritte 3(f) und 3(g) von 3 zeigen,
dass für
einige Ausführungsformen
eine Lötpaste über das leitfähige Material
gedruckt werden kann und anschließend ein Reflow durchgeführt wird,
um die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterbaugruppe zu verbessern.
Die Lötpaste über den
Source- und Gate-Verbindungen wird den Leitfähigkeitstrassenwiderstand reduzieren
und die Stromhandhabungsfähigkeiten
verbessern. 4(i)–(f)(i)' zeigen, dass die Lötpaste 90 direkt über der
Folie oder Schicht von leitfähigem
Material 80 angebracht ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird das leitfähige
Material 80 als eine Keimschicht oder eine Klebeschicht
für den
folgenden Lötpastendruckprozess
agieren. Die Bedeckung von Lötpaste 90,
die in 4(i)' gezeigt ist, kann ebenso
größer als
die der leitfähigen
Schicht 80 sein, so dass das Lötmaterial 90 sich
auf dem leitfähigen
Material 80 verankern kann. Dies wird zu einer verlässlichen
Verbindung mit geringem Widerstand führen.
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Schließlich kann
ein Einkapselmaterial 100 die Halbleiterbaugruppe bedecken,
wie es in 4(g) für die Ausführungsform mit der draht-gebondeten
Gate-Verbindung 82 und
in 4(j) für die Ausführungsform mit der Gate-Verbindung über eine leitfähige Schicht
gezeigt ist. Wie bei Ausführungsform
a kann das Einkapselmaterial das gleiche oder eine andere Art von
Material als das Formmaterial umfassen, etwa Biphenylmateralien
und multifunktionale quervernetzte Epoxidharzkomposite.
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5(a)–5(e) zeigen die Prozessschritte einer Ausführungsform
gemäß Prozessablauf
A zum Bereitstellen einer Multi-Chip-Plattform. Beispielsweise zeigt 5(a) eine Chipträgerstruktur mit zwei Halbleiterchips,
die auf unterschiedlichen Seiten der Chipträgerstruktur angebracht sind.
Die Gate-Leitungsstrukturen werden auf beiden Seiten des Chips gefunden,
bei 200(a) und 200(b). Die Source-Leitungsstrukturen
befinden sich ebenso auf beiden Seiten des Chips bei 202(a) und 202(b).
Der Halbleiterchip 204 ist mit den Gate- und Source-Leitungsstrukturen
von 200(a) und 202(a) verbunden und der Halbleiterchip 206 ist
mit den Gate- und Source-Leitungsstrukturen von 200(b) und 202(b) verbunden.
Die Gate- und Source-Leitungsfinger sind jeweils bei G und S auf
beiden Seiten der Chipträgerstruktur
gezeigt.
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In 5(b) bedeckt ein Formmaterial 208 Bereiche
der Chipträgerstruktur
und der Halbleiterchips 204 und 206. Wie gemäß zu Prozessablauf
A sind Bereiche der Chipträgerstruktur 200(a) und 202(a) freigelegt,
ebenso wie Bereiche der Halbleiterchips 204 und 206. 5(c) zeigt eine Schicht von leitfähigem Material 210,
die auf die Halbleiterbaugruppe gedruckt und auf dieser gehärtet ist,
in der gleichen Weise wie hinsichtlich von Prozessablauf A beschrieben. 5(d) zeigt eine Schicht von Elektroplattierung 212 über der
Schicht von leitfähigem
Material 210. 5(e) zeigt
den Halbleiterchip mit einem Kapselmaterial 214 über der
Elektroplattierschicht 212. 5(f) zeigt
eine Querschnittsansicht all der Schichten der Halbleiterchipbaugruppe
durch die Prozessschritte hindurch, die in den 5(a)–5(e) gezeigt sind. In 5(f) ist
die freigelegte Drain-Verbindung durch Bezugszeichen 216 am
Boden der Halbleiterchipbaugruppe bezeichnet.
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Die
Begriff und Ausdrücke,
die hierin verwendet wurden, wurden als Beschreibungsbegriffe und nicht
zur Begrenzung verwendet. Es besteht keine Absicht in der Verwendung
von derartigen Begriffen und Ausdrücken dahingehend, Äquivalente
der gezeigten und beschriebenen Merkmale auszuschließen, oder
Teilen davon, und es ist zu verstehen, dass verschiedene Modifikationen
innerhalb des Bereichs der beanspruchten Erfindung möglich sind.
Darüber hinaus
kann jedes einzelne oder mehrere der Merkmale jede Ausführungsform
der Erfindung mit einem oder mehreren anderen Merkmalen jeder anderen Ausführungsform
der Erfindung kombiniert werden, ohne dass vom Bereich der Erfindung
abgewichen wird.
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Alle
Patentanmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, die oben erwähnt sind,
werden hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke
einbezogen. Nichts davon wird als Stand der Technik zugestanden.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterchipbaugruppe
offenbart. In einigen Ausführungsformen
umfasst das Verfahren das Verwenden einer Chipträgerstruktur mit wenigstens
einer Leitungsstruktur, die eine Leitungsoberfläche aufweist. Ein Halbleiterchip
mit einer ersten Oberfläche und
einer zweiten Oberfläche
ist an der Chipträgerstruktur
angebracht. Die erste Oberfläche
des Halbleiterchips ist im wesentlichen planar zu der Leitungsoberfläche und
die zweite Oberfläche
des Halbleiterchips ist mit der Chipträgerstruktur gekoppelt. Eine Schicht
von leitfähigem
Material ist auf der Leitungsoberfläche und der ersten Oberfläche des
Halbleiterchips gebildet, um die wenigstens eine Leitungsstruktur
mit dem Halbleiterchip elektrisch zu koppeln.