DE102006023088A1 - Power semiconductor component has power semiconductor chip arranged on region of flat conductor frame planned as chip pads, power semiconductor chip is connected with chip pad by plumb bob layer - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Ein Leistungshalbleiterbauteil soll besonders zuverlässig sein und einen geringen und über die gesamte Rückseite des Leistungshalbleiterchips konstanten elektrischen und thermischen Widerstand aufweisen. Dazu weist ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleiterbauteil (1) mindestens einen auf einem als Chippad vorgesehenen Bereich (11) eines Flachleiterrahmens (8) angeordneten Leistungshalbleiterchip (2) auf. Der Leistungshalbleiterchip (2) ist über eine Lotschicht (13) mit dem Chippad verbunden. Die Lotschicht (13) weist kugelförmige Abstandshalter (10) mit einer elektrisch leitenden Oberfläche (16) und einem Durchmesser d mit d 45 mum auf.A power semiconductor device should be particularly reliable and have a low and constant over the entire back of the power semiconductor chip electrical and thermal resistance. For this purpose, a power semiconductor component (1) according to the invention has at least one power semiconductor chip (2) arranged on a region (11) of a leadframe (8) provided as a chip pad. The power semiconductor chip (2) is connected to the chip pad via a solder layer (13). The solder layer (13) has spherical spacers (10) with an electrically conductive surface (16) and a diameter d d 45 mum.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauteil mit mindestenseinem auf einem Flachleiterrahmen angeordneten Leistungshalbleiterchip,der mit seiner Rückseiteauf einen als Chippad vorgesehenen Bereich des Flachleiterrahmensgelötetist.TheThe invention relates to a power semiconductor device having at leasta power semiconductor chip arranged on a leadframe,the one with his backon a designated as Chippad area of the leadframesolderedis.

SolcheLeistungshalbleiterbauteile weisen extrem niedrige elektrische Widerstände vonbeispielsweise weniger als 2 mΩ undhohe Verlustleistungen auf. Problematisch ist bei diesem Bauteilen, dieflächigeLotverbindung in der gewünschten, gleichmäßigen Dickeeinzustellen. Kleine Abweichungen von der angestrebten Dicke oderauch Verkippungen des Halbleiterchips, die zu lokalen Variationenin der Dicke führen,bedingen verhältnismäßig starkeSchwankungen im Widerstand des Bauteils. Lokale Schwankungen inder Schichtdicke führen darüber hinauszu unerwünschtenlokalen Schwankungen im elektrischen und thermischen Widerstand. DurchVerkippungen des Leistungshalbleiterchips und durch zu dünne Lotschichtenkommt es zu Rissen in der Lotschicht, die besonders während des Temperaturzykelnsauftreten und die zu Zuverlässigkeitsproblemendes Bauteils führen.SuchPower semiconductor devices have extremely low electrical resistances offor example, less than 2 mΩ andhigh power losses. The problem with these components, theareaSolder joint in the desired, uniform thicknessadjust. Small deviations from the desired thickness orAlso, tilts of the semiconductor chip leading to local variationslead in the thickness,condition relatively strongFluctuations in the resistance of the component. Local fluctuations inthe layer thickness lead beyondtoo unwantedlocal fluctuations in electrical and thermal resistance. ByTipping of the power semiconductor chip and too thin solder layersThere are cracks in the solder layer, especially during Temperaturzykelnsoccur and the reliability problemslead the component.

Aufgabeder Erfindung ist es daher, ein Leistungshalbleiterbauteil anzugeben,das besonders zuverlässigist und das einen geringen und überdie gesamte Rückseitedes Leistungshalbleiterchips konstanten elektrischen und thermischenWiderstand aufweist.taskThe invention is therefore to specify a power semiconductor device,the most reliableis and that is a small and overthe entire backof power semiconductor chip constant electric and thermalHas resistance.

Darüber hinausist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahrenzur Herstellung eines solchen Leistungshalbleiterbauteils anzugeben.FurthermoreIt is another object of the present invention to provide a methodto specify for the production of such a power semiconductor device.

Erfindungsgemäß wird dieseAufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.According to the invention thisProblem solved with the subject of the independent claims. advantageousFurther developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Einerfindungsgemäßes Leistungshalbleiterbauteilweist mindestens einen auf einem als Chippad vorgesehenen Bereicheines Flachleiterrahmens angeordneten Leistungshalbleiterchip auf.Der Leistungshalbleiterchip ist übereine Lotverbindung beziehungsweise eine Lotschicht mit dem Chippadverbunden. Die Lotschicht weist kugelförmige Abstandshalter mit einerelektrisch leitenden Oberflächeund einem Durchmesser d mit d ≤ 45 μm auf.OneInventive power semiconductor devicehas at least one on a designated as Chippad areaa leadframe arranged on power semiconductor chip.The power semiconductor chip is overa solder joint or a solder layer with the Chippadconnected. The solder layer has spherical spacers with aelectrically conductive surfaceand a diameter d with d ≤ 45 μm.

Gemäß einemder Erfindung zugrunde liegenden Gedanken ist ein über diegesamte Rückseitedes Leistungshalbleiterchips konstanter elektrischer und thermischerWiderstand gleichzeitig mit einer besonders zuverlässigen Lotschichtdadurch zu erreichen, dass eine definierte Dicke der Lotschicht sichergestelltwird. Die Lotschicht sollte also weder zu dick noch zu dünn und auchnicht ungleichmäßig dicksein, also möglichstkeine lokalen Dickevariationen aufweisen. Durch die in dem Lotgutverteilten kugelförmigenAbstandshalter wird eine gleichmäßige Mindestdickeder Schicht gewährleistet.Das Eigengewicht des Leistungshalbleiterchips und gegebenenfallsein leichter Druck, der den Leistungshalbleiterchip während desLötprozessesgegen das Chippad drückt,stellen eine Maximaldicke der Schicht sicher.According to oneThe idea underlying the invention is a on theentire backof the power semiconductor chip constant electric and thermalResistance at the same time with a particularly reliable solder layerto achieve that ensures a defined thickness of the solder layerbecomes. The solder layer should therefore neither too thick nor too thin and alsonot unevenly thickbe, if possiblehave no local thickness variations. By in the lotterydistributed sphericalSpacer becomes a uniform minimum thicknessthe layer ensures.The dead weight of the power semiconductor chip and, where appropriatea slight pressure that the power semiconductor chip during thesoldering processagainst the Chippad expresses,ensure a maximum thickness of the layer.

Beiausreichendem Eigengewicht der Leistungshalbleiterchips bzw. ausreichendemDruck entspricht die Maximaldicke dann im Prinzip der gleichmäßigen Minimaldicke,so dass die Lotschicht über diegesamte Rückseitedes Leistungshalbleiterchips eine gleichmäßige Dicke, nämlich dieDicke, die dem Durchmesser der Abstandshalter entspricht, aufweist.atsufficient own weight of the power semiconductor chips or sufficientPressure corresponds to the maximum thickness then in principle the uniform minimum thickness,so that the solder layer over theentire backthe power semiconductor chip a uniform thickness, namely theThickness corresponding to the diameter of the spacers has.

Beieiner Ausführungsformder Erfindung sind als kugelförmigeAbstandshalter metallische Kugeln vorgesehen, die Kupfer, Nickel,Silber, Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen aus diesenMetallen aufweisen. Bei einer alternativen Ausführungsform sind als kugelförmige Abstandshalterkeramische Kugeln vorgesehen, die eine metallische Oberfläche aufweisen.Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform sind als kugelförmige AbstandshalterPolymerkugeln vorgesehen, die eine metallische Oberfläche aufweisen.atan embodimentof the invention are sphericalSpacer metallic balls provided the copper, nickel,Silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys of theseHave metals. In an alternative embodiment are as spherical spacersprovided ceramic balls having a metallic surface.In a further alternative embodiment are as spherical spacersPolymer balls provided which have a metallic surface.

Durchdie metallischen Oberflächender Abstandshalter ist eine gute elektrische Leitfähigkeitder Lotschicht sichergestellt. Die Verwendung von Polymerkugelnhat den Vorteil, dass diese verhältnismäßig elastischsind und daher eine Pufferfunktion übernehmen und mechanische Spannungenin der Lotschicht bis zu einem gewissen Grad ausgleichen können, wasdie Zuverlässigkeitdes Bauteils erhöht undRissen in der Lotschicht vorbeugt. Die Verwendung von Keramikkugelndagegen hat den Vorteil, dass diese eine sehr gute Wärmeleitfähigkeitaufweisen, was insbesondere bei Leistungshalbleiterbauteilen vorteilhaftist.Bythe metallic surfacesthe spacer is a good electrical conductivitythe solder layer ensured. The use of polymer ballshas the advantage that these are relatively elasticare and therefore assume a buffer function and mechanical stressesin the solder layer can compensate to some extent whatthe reliabilityof the component increases andCracks in the solder layer prevent. The use of ceramic ballson the other hand has the advantage that these have a very good thermal conductivityhave, which is particularly advantageous in power semiconductor devicesis.

Diekeramischen Kugeln weisen vorteilhafterweise einen Kern aus mindestenseinem der Materialien SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, BeO, Y₂O₃, AlN, BN, Si₃N₄ auf. Besonders vorteilhaft sind Keramikenwie MgO, deren thermische Ausdehnungskoeffizient nahe dem des Flachleiterrahmensliegt.The ceramic spheres advantageously have a core of at least one of the materials SiO₂ , Al₂ O₃ , TiO₂ , ZrO₂ , MgO, BeO, Y₂ O₃ , AlN, BN, Si₃ N₄ . Particularly advantageous are ceramics such as MgO, whose thermal expansion coefficient is close to that of the lead frame.

DiePolymerkugeln weisen vorteilhafterweise einen Kern aus mindestenseinem der Materialien PI, PEEK, PAEK, PTFE, SI auf. Diese Polymeresind ausreichend temperaturbeständig,um auch verhältnismäßig hoheLöttemperaturenvon mehr als 300°C kurzzeitig überstehenkönnenohne aufzuschmelzen. Es sind auch andere hochtemperaturbeständige Thermoplastedenkbar.The polymer spheres advantageously have a core of at least one of the materials PI, PEEK, PAEK, PTFE, SI. These polymers are sufficiently temperature-resistant to even relatively high soldering temperatures of more than 300 ° C. can survive briefly without melting. There are also other high temperature resistant thermoplastics conceivable.

Diemetallische Oberflächeder Keramik- oder Polymerkugeln weist vorteilhafterweise Kupfer, Nickel,Silber, Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen aus diesenMetallen auf, die mit dem Zinn des Lotguts beim Verlöten reagieren undintermetallische Phasen ausbilden können.Themetallic surfacethe ceramic or polymer balls advantageously has copper, nickel,Silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys of theseMetals that react with the tin of the solder during soldering andform intermetallic phases.

Dieerfindungsgemäße Vorrichtunghat den Vorteil, dass eine verhältnismäßig geringeDicke d der Lotschicht sozusagen automatisch eingestellt wird. Dabeikann die Dicke in einem engen Bereich so gewählt werden, dass ihr elektrischerund thermischer Widerstand möglichstklein ist, weil Schichtdicke nicht unnötig groß ist. Ein kleiner thermischerund elektrischer Widerstand sind besonders bei Leistungshalbleiterbauteilensehr wichtig. Gleichzeitig kann aber durch die Verwendung der Abstandshalter auchgewährleistetwerden, dass die Schichtdicke ausreichend groß ist für eine gute Zuverlässigkeitdes Leistungshalbleiterbauteils.Theinventive devicehas the advantage that a relatively smallThickness d of the solder layer is set automatically, so to speak. therethe thickness can be chosen in a narrow range so that its electricaland thermal resistance as possibleis small, because layer thickness is not unnecessarily large. A little thermaland electrical resistance are especially in power semiconductor devicesvery important. At the same time, however, by using the spacers as wellguaranteedbe that the layer thickness is sufficiently large for a good reliabilityof the power semiconductor device.

Nachder vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellungeines Leistungshalbleiterbauteils folgende Schritte: Zunächst wirdein Halbleiterchip mit einer aktiven Oberseite und einer metallisiertenRückseitebereitgestellt. Ferner wird ein Flachleiterrahmen mit einem alsChippad oder Chipinsel vorgesehenen Bereich bereitgestellt. Aufdas Chippad wird ein Lotgut aufgebracht, wobei in dem Lotgut imWesentlichen kugelförmigeAbstandshalter mit einer elektrisch leitenden Oberfläche undeinem Durchmesser d mit d ≤ 45 μm verteiltsind. Der Leistungshalbleiterchip wird auf das Chippad unter Verlöten mitdem Chippad aufgebracht, wobei sich eine Lotschicht der Dicke dausbildet.ToThe present invention comprises a process for the preparationa power semiconductor device, the following steps: Firsta semiconductor chip having an active top and a metallized onebackprovided. Further, a lead frame with a asChippad or chip island provided area. Onthe Chippad is applied a Lotgut, wherein in the Lotgut inEssentially sphericalSpacer with an electrically conductive surface anda diameter d with d ≤ 45 microns distributedare. The power semiconductor chip is soldered to the chippad withapplied to the chip pad, wherein a solder layer of thickness dformed.

Während desVerlötensdes Leistungshalbleiterchips mit dem Chippad wird auf die Oberseite desLeistungshalbleiterchips vorteilhafterweise ein Druck ausgeübt, derausreichend ist, um ein Aufschwimmen des Halbleiterchips auf demverflüssigtenLot und ein Verkippen zu verhindern und gleichzeitig sicherzustellen,dass sich eine Lotschicht mit der definierten Dicke d ausbildet,die dem Durchmesser der kugelförmigenAbstandshalter entspricht. Das Lotgut weist vorteilhafterweise Zinnauf.During thesolderingof the power semiconductor chip with the Chippad is placed on top of thePower semiconductor chips advantageously applied a pressure, theis sufficient to float the semiconductor chip on theliquefiedPrevent soldering and tilting while ensuringthat forms a solder layer with the defined thickness d,the diameter of the spherical oneSpacer corresponds. The solder advantageously has tinon.

DasLotgut kann in Form einer Lotpaste, einer Lotfolie oder eines Lotpulversvorliegen und aufgebracht werden.TheLotgut can be in the form of a solder paste, a solder foil or a solder powderbe present and applied.

Ineiner Ausführungsformwerden als kugelförmigeAbstandshalter metallische Kugeln verwendet, die Kupfer, Nickel,Silber, Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen darausaufweisen. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, keramischeKugeln mit einer metallischen Oberfläche zu verwenden, die einenKern aus mindestens einem der Materialien SiO₂,Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, BeO,Y₂O₃, AlN, BN, Si₃N₄ aufweisen. Fernerkönnenals kugelförmigeAbstandshalter Polymerkugeln verwendet werden, die eine metallische Oberfläche undeinen Kern aus mindestens einem der Materialien PI, PEEK, PAEK,PTFE, SI oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Thermoplast aufweisen.In one embodiment, metallic spheres comprising copper, nickel, silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys thereof are used as spherical spacers. In an alternative embodiment, it is also possible to use ceramic spheres with a metallic surface comprising a core of at least one of SiO₂ , Al₂ O₃ , TiO₂ , ZrO₂ , MgO, BeO, Y₂ O₃ , AlN , BN, Si₃ N₄ . Further, as spherical spacers polymer balls can be used which have a metallic surface and a core of at least one of the materials PI, PEEK, PAEK, PTFE, SI or another high temperature resistant thermoplastic.

Diemetallische Oberflächeder kugelförmigenAbstandshalter weist vorteilhafterweise Kupfer, Nickel, Silber,Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen daraus auf. BeimVerlötenbildet dann das Metall der Oberfläche mit dem Zinn in dem Lotgutintermetallische Phasen aus.Themetallic surfacethe spherical oneSpacer advantageously has copper, nickel, silver,Tin, gold and / or palladium and / or alloys thereof. At theSolderthen forms the metal of the surface with the tin in the solderintermetallic phases.

Daserfindungsgemäße Verfahrenerlaubt es, auf einfache und schnelle Weise besonders zuverlässige Leistungshalbleiterbauteileherzustellen. Verkippungen der Halbleiterchips und/oder ungleichmäßig dickeoder zu dicke oder zu dünneLotschichten, die zu Zuverlässigkeitsproblemendes Bauteils und zu einem erhöhtenAusschuss bei der Produktion führen,werden vermieden, ohne dass dazu aufwendige Verfahrensschritt notwendigwären.Theinventive methodallows particularly reliable power semiconductor components in a simple and fast waymanufacture. Tilting of the semiconductor chips and / or uneven thicknessor too thick or too thinSolder layers leading to reliability problemsof the component and to an increasedLead committee in the production,are avoided without the need for elaborate process stepwould.

Dadurchist das erfindungsgemäße Verfahrenbesonders zur Herstellung zuverlässigerLeistungshalbleiterbauteile geeignet. Bei Leistungshalbleiterbaiteilenist ein geringer thermischer und elektrischer Widerstand der Lotverbindungzwischen Leistungshalbleiterchip und Chippad nämlich besonders entscheidend.Diese geringen Widerständewerden durch dünneLotschichten erzielt. Jedoch besteht gerade bei dünnen Lotschichtendie Gefahr, dass es durch winzige Risse oder durch Unregelmäßigkeiten inder Lotschicht zu Zuverlässigkeitsproblemen kommt.Das erfindungsgemäße Verfahrenerlaubt die zuverlässigeAusbildung besonders dünnerund gleichmäßiger Lotschichten.Therebyis the inventive methodespecially for making reliablePower semiconductor components suitable. For power semiconductor partsis a low thermal and electrical resistance of the solder jointbetween power semiconductor chip and Chippad namely particularly crucial.These low resistancesbe through thinAchieved solder layers. However, it exists especially with thin layers of solderthe danger of it being caused by tiny cracks or by irregularities inthe solder layer comes to reliability problems.The inventive methodallows the reliableTraining particularly thinand even solder layers.

Ausführungsbeispieleder Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figurennäher erläutert. DarinzeigenembodimentsThe invention will be described below with reference to the accompanying drawingsexplained in more detail. In thisdemonstrate

1a einenersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteilsgemäß einerersten Ausführungsformder Erfindung; 1a a first step of a method for manufacturing a power semiconductor device according to a first embodiment of the invention;

1b einenzweiten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteilsgemäß der erstenAusführungsformder Erfindung; 1b a second step of a method of manufacturing a power semiconductor device according to the first embodiment of the invention;

1c dasfertige Leistungshalbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsformder Erfindung; 1c the finished power semiconductor device according to the first embodiment of the invention;

2a einenersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteilsgemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung; 2a a first step of a procedure for producing a power semiconductor device according to a second embodiment of the invention;

2b einenzweiten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteilsgemäß der zweitenAusführungsformder Erfindung und 2 B a second step of a method for producing a power semiconductor device according to the second embodiment of the invention and

2c dasfertige Leistungshalbleiterbauteil gemäß der zweiten Ausführungsformder Erfindung. 2c the finished power semiconductor device according to the second embodiment of the invention.

GleicheTeile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.SameParts are provided in all figures with the same reference numerals.

Ineinem ersten Schritt der Herstellung des Leistungshalbleiterbauteils1,der in1a dargestellt ist, wird einFlachleiterrahmen8 bereitgestellt, der auf seiner Oberseite12 einenals Chippad vorgesehenen Bereich11 aufweist. Auf diesemFlachleiterrahmen8 wird ein Leistungshalbleiterchip2 miteiner aktiven Oberseite3 und einer Rückseite4 aufgebracht.Die aktive Oberseite3 weist typischerweise eine Umverdrahtungsstruktur6 mitKontaktanschlussflächen7 auf,währenddie Rückseite4 miteiner Rückseitenmetallisierung5 versehenist. Der Leistungshalbleiterchip2 wird so auf den Flachleiterrahmen8 aufgebracht,dass seine metallisierte Rückseite4 über eineLotschicht mit dem als Chippad vorgesehenen Bereich11 verbundenwird. Dabei stellt die Lotverbindung gleichzeitig eine elektrischeund thermische Kontaktierung des Leistungshalbleiterchips2 sowieseine mechanische Verbindung mit dem Flachleiterrahmen8 dar.In a first step of the production of the power semiconductor device 1 who in 1a is shown, a lead frame 8th provided on his top 12 a designated as Chippad area 11 having. On this leadframe 8th becomes a power semiconductor chip 2 with an active top 3 and a back 4 applied. The active top 3 typically has a redistribution structure 6 with contact pads 7 on while the back 4 with a backside metallization 5 is provided. The power semiconductor chip 2 becomes so on the lead frame 8th applied that to his metallized back 4 over a layer of solder with the intended as Chippad area 11 is connected. In this case, the solder connection simultaneously provides an electrical and thermal contact of the power semiconductor chip 2 as well as its mechanical connection with the leadframe 8th represents.

ZurHerstellung der Lotverbindung wird Lotgut, beispielsweise eine Lotpaste9,auf den als Chippad vorgesehenen Bereich11 aufgebracht,wobei die Lotpaste9 kugelförmige Abstandshalter10 miteinem Durchmesser d enthält.Bei der in1 gezeigten Ausführungsformder Erfindung sind als kugelförmige Abstandshalter10 metallischeKugeln, beispielsweise aus Kupfer, Nickel, Silber, Zinn, Gold und/oder Palladiumoder Legierungen daraus vorgesehen.For the preparation of the solder joint Lotgut, for example, a solder paste 9 , on the area designated as Chippad 11 applied, with the solder paste 9 spherical spacers 10 Contains a diameter d. At the in 1 shown embodiment of the invention are as spherical spacers 10 metallic balls, for example made of copper, nickel, silver, tin, gold and / or palladium or alloys thereof.

Ineinem zweiten Schritt des Verfahrens, der in1b dargestelltist, wird der Leistungshalbleiterchip2 auf den mit derLotpaste9 versehenen Bereich11 aufgebracht.Dazu wirkt entweder durch das Eigengewicht des Leistungshalbleiterchips2 oderzusätzlichdurch einen leichten Druck, der auf den Leistungshalbleiterchip2 ausgeübt wird,eine Kraft in Richtung des Pfeils14. Diese Kraft bewirkt,dass die Lotpaste9 so weit verläuft und an Schichtdicke verliert,wie es die in ihr verteilten kugelförmigen Abstandshalter10 erlauben.Mit anderen Worten: Es stellt sich während des Lötprozesses durch das Zusammenwirkender Kraft in Richtung des Pfeils14 mit dem Widerstand,den die Abstandshalter10 einer weiteren Verringerung derSchichtdicke entgegensetzen, automatisch eine definierte Schichtdickeder Lotverbindung ein.In a second step of the procedure, which in 1b is shown, the power semiconductor chip 2 on the with the solder paste 9 provided area 11 applied. This is done either by the weight of the power semiconductor chip 2 or additionally by a slight pressure on the power semiconductor chip 2 is exercised, a force in the direction of the arrow 14 , This force causes the solder paste 9 as far as it goes and loses in layer thickness, as it distributed in their spherical spacers 10 allow. In other words, it arises during the soldering process through the interaction of the force in the direction of the arrow 14 with the resistance that the spacers 10 oppose a further reduction of the layer thickness, automatically a defined layer thickness of the solder joint.

DieKraft, die in Richtung des Pfeils14 wirkt, verhindertdabei auch ein Aufschwimmen und Verkippen des Leistungshalbleiterchips2 während desLötens,das zu unerwünschtgroßenund/oder ungleichmäßigen Schichtdickenführenwürde.The force in the direction of the arrow 14 acts, thereby preventing a floating and tilting of the power semiconductor chip 2 during soldering, which would lead to undesirably large and / or uneven layer thicknesses.

In1c isterkennbar, dass die Schichtdicke d der fertigen Lotschicht13 demDurchmesser der kugelförmigenAbstandshalter10 entspricht. Auf diese Weise lassen sichmit dem erfindungsgemäßen Verfahrenauch geringe Schichtdicken von 45 μm oder weniger zuverlässig undgleichmäßig herstellen. Solchegeringen Schichtdicken sind besonders bei Leistungshalbleiterbauteilenvon Vorteil, weil sie eine Minimierung des elektrischen und thermischenWiderstandes des Bauteils zulassen.In 1c it can be seen that the layer thickness d of the finished solder layer 13 the diameter of the spherical spacers 10 equivalent. In this way, small layer thicknesses of 45 .mu.m or less can be produced reliably and uniformly with the method according to the invention. Such low layer thicknesses are particularly advantageous in power semiconductor devices, because they allow a minimization of the electrical and thermal resistance of the component.

EinVerfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils1 gemäß eineralternativen Ausführungsformder Erfindung ist in2 gezeigt. Beidieser Ausführungsformkommen kugelförmige Abstandshalter10 zumEinsatz, die einen Kern15 aus einem keramischen Materialoder aus einem Polymer und eine metallische Oberfläche16 aufweisen. Durchdie Kombination der Keramik oder des Polymers mit einer metallischenSchicht auf der Oberfläche16 lassensich die Eigenschaften der Abstandshalter10 noch genauerauf den jeweiligen Zweck abstimmen.A method of manufacturing a power semiconductor device 1 according to an alternative embodiment of the invention is in 2 shown. In this embodiment, spherical spacers come 10 to use a core 15 of a ceramic material or of a polymer and a metallic surface 16 exhibit. By combining the ceramic or polymer with a metallic layer on the surface 16 let's the properties of the spacers 10 even more precisely to the respective purpose.

DieVerwendung von verhältnismäßig elastischenPolymerkugeln hat den Vorteil, dass diese eine Pufferfunktion übernehmenund mechanische Spannungen in der Lotschicht bis zu einem ge wissenGrad ausgleichen können,was die Zuverlässigkeitdes Bauteils erhöhtund Rissen in der Lotschicht13 vorbeugt. Besteht der Kern15 dagegenaus einem keramischen Material, weist die fertige Lotschicht13 eine sehrgute Wärmeleitfähigkeitauf, was insbesondere bei Leistungshalbleiterbauteilen1,bei denen die Abführungder entstehenden Wärmeein wichtiges Problem ist, vorteilhaft ist. Durch die metallischenOberflächen16 derAbstandhalter bilden sich während desLötprozessesintermetallische Phasen mit dem Zinn der Lotpaste aus.The use of relatively elastic polymer balls has the advantage that they can take on a buffer function and can compensate for mechanical stresses in the solder layer to a ge know degree, which increases the reliability of the component and cracks in the solder layer 13 prevents. Is the core 15 By contrast, from a ceramic material, the finished solder layer 13 a very good thermal conductivity, which is especially true for power semiconductor devices 1 in which the removal of the heat produced is an important problem is advantageous. Through the metallic surfaces 16 During the soldering process, the spacers form intermetallic phases with the tin of the solder paste.

11

LeistungshalbleiterbauteilPower semiconductor device

22

LeistungshalbleiterchipPower semiconductor chip

33

aktiveOberseiteactivetop

44

Rückseiteback

55

Metallisierungmetallization

66

Umverdrahtungsstrukturrewiring

77

KontaktanschlussflächeContact pad

88th

FlachleiterrahmenLeadframe

99

Lotpastesolder paste

1010

kugelförmige Abstandshalterspherical spacers

1111

BereichArea

1212

Oberseitetop

1313

Lotschichtsolder layer

1414

Pfeilarrow

1515

Kerncore

1616

Oberflächesurface

dd

Dickethickness

Claims (20)

Translated fromGerman

Leistungshalbleiterbauteil (1) mit mindestens einemauf einem als Chippad vorgesehenen Bereich (11) eines Flachleiterrahmens(8) angeordneten Leistungshalbleiterchip (2),wobei der Leistungshalbleiterchip (2) über eine Lotschicht (13)mit dem Chippad verbunden ist und die Lotschicht (13) kugelförmige Abstandshalter(10) mit einer elektrisch leitenden Oberfläche (16)und einem Durchmesser d mit d ≤ 45 μm aufweist.Power semiconductor device ( 1 ) with at least one area provided on Chippad ( 11 ) of a leadframe frame ( 8th ) arranged power semiconductor chip ( 2 ), wherein the power semiconductor chip ( 2 ) over a solder layer ( 13 ) is connected to the chippad and the solder layer ( 13 ) spherical spacers ( 10 ) with an electrically conductive surface ( 16 ) and a diameter d with d ≤ 45 μm.Leistungshalbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass als kugelförmige Abstandshalter (10)metallische Kugeln vorgesehen sind, die Kupfer, Nickel, Silber,Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen aus diesen Metallenaufweisen.Power semiconductor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that as spherical spacers ( 10 ) Metallic balls are provided which have copper, nickel, silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys of these metals.Leistungshalbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass als kugelförmige Abstandshalter (10)Kugeln mit einem Kern (15) aus einem keramischen Materialvorgesehen sind, die eine metallische Oberfläche (16) aufweisen.Power semiconductor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that as spherical spacers ( 10 ) Balls with a core ( 15 ) are provided of a ceramic material having a metallic surface ( 16 ) exhibit.Leistungshalbleiterbauteil (1) nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (15) mindestens einsder Materialien SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, BeO, Y₂O₃, AlN, BN, Si₃N₄ aufweist.Power semiconductor device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the core ( 15 ) has at least one of SiO₂ , Al₂ O₃ , TiO₂ , ZrO₂ , MgO, BeO, Y₂ O₃ , AlN, BN, Si₃ N₄ .Leistungshalbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass als kugelförmige Abstandshalter (10)Kugeln mit einem Kern (15) aus einem Polymer vorgesehensind, die eine metallische Oberfläche (16) aufweisen.Power semiconductor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that as spherical spacers ( 10 ) Balls with a core ( 15 ) are provided of a polymer having a metallic surface ( 16 ) exhibit.Leistungshalbleiterbauteil (1) nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (15) mindestens einsder Materialien PI, PEEK, PAEK, PTFE, SI aufweist.Power semiconductor device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the core ( 15 ) has at least one of the materials PI, PEEK, PAEK, PTFE, SI.Leistungshalbleiterbauteil (1) nach einemder Ansprüche3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Oberfläche (16)Kupfer, Nickel, Silber, Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen darausaufweist.Power semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the metallic surface ( 16 ) Comprises copper, nickel, silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys thereof.Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils(1), das folgende Schritte aufweist: – Bereitstelleneines Halbleiterchips (2) mit einer aktiven Oberseite (3)und einer metallisierten Rückseite (4); – Bereitstelleneines Flachleiterrahmens (8) mit einem als Chippad vorgesehenenBereich (11); – Aufbringeneines Lotguts auf das Chippad, wobei in dem Lotgut kugelförmige Abstandshalter(10) mit einer elektrisch leitenden Oberfläche (16)und einem Durchmesser d mit d ≤ 45 μm verteiltsind; – Aufbringendes Leistungshalbleiterchips (2) auf das Chippad unterVerlötenmit dem Chippad, wobei sich eine Lotschicht (13) der Dicked ausbildet.Method for producing a power semiconductor device ( 1 ), comprising the following steps: - providing a semiconductor chip ( 2 ) with an active top ( 3 ) and a metallized backside ( 4 ); Providing a leadframe ( 8th ) with an area provided as Chippad ( 11 ); Applying a solder to the chip pad, wherein in the solder ball spacers ( 10 ) with an electrically conductive surface ( 16 ) and a diameter d with d ≤ 45 microns are distributed; - Application of the power semiconductor chip ( 2 ) on the chippad while being soldered to the chippad, whereby a solder layer ( 13 ) of thickness d is formed.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass als Lotgut eine Lotpaste (9) verwendet wird.A method according to claim 8, characterized in that as Lotgut a solder paste ( 9 ) is used.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass als Lotgut eine Lotfolie verwendet wird.Method according to claim 8, characterized in thatthat a solder foil is used as the solder.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass als Lotgut ein Lotpulver verwendet wird.Method according to claim 8, characterized in thatthat a solder powder is used as the solder.Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass währenddes Verlötensdes Leistungshalbleiterchips (2) mit dem Chippad auf dieOberseite (3) des Leistungshalbleiterchips ein Druck ausgeübt wird.Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that during the soldering of the power semiconductor chip ( 2 ) with the Chippad on top ( 3 ) of the power semiconductor chip, a pressure is applied.Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass das Lotgut Zinn aufweist.Method according to one of claims 8 to 12, characterizedthe solder has tin.Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass als kugelförmige Abstandshalter(10) metallische Kugeln verwendet werden, die Kupfer, Nickel,Silber, Zinn, Gold und/oder Palladium und/oder Legierungen aus diesenMetallen aufweisen.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that as spherical spacers ( 10 ) metallic spheres are used which comprise copper, nickel, silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys of these metals.Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 8 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass als kugelförmige Abstandshalter (10)Kugeln mit einem Kern (15) aus einem keramischen Materialmit einer metallischen Oberfläche(16) verwendet werden.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that as spherical spacers ( 10 ) Balls with a core ( 15 ) of a ceramic material with a metallic surface ( 16 ) be used.Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass der Kern (15) mindestens eins der Materialien SiO₂, Al₂O₃,TiO₂, ZrO₂, MgO,BeO, Y₂O₃, AlN,BN, Si₃N₄ aufweist.Method according to claim 15, characterized in that the core ( 15 ) has at least one of SiO₂ , Al₂ O₃ , TiO₂ , ZrO₂ , MgO, BeO, Y₂ O₃ , AlN, BN, Si₃ N₄ .Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass als kugelförmige Abstandshalter(10) Kugeln mit einem Kern (15) aus einem Polymerverwendet werden, die eine metallische Oberfläche (16) aufweisen.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that as spherical spacers ( 10 ) Balls with a core ( 15 ) of a polymer having a metallic surface ( 16 ) exhibit.Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass der Kern (15) mindestens eins der Materialien PI,PEEK, PAEK, PTFE, SI aufweist.Method according to claim 17, characterized in that the core ( 15 ) has at least one of the materials PI, PEEK, PAEK, PTFE, SI.Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass die metallische Oberfläche(16) Kupfer, Nickel, Silber, Zinn, Gold und/oder Palladiumund/oder Legierungen aus diesem Metallen aufweist.Method according to one of claims 15 to 18, characterized in that the metallic surface ( 16 ) Comprises copper, nickel, silver, tin, gold and / or palladium and / or alloys of these metals.Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass das Metall der Oberfläche(16) der kugelförmigenAbstandshalter (10) beim Verlöten mit dem Zinn in dem Lotgutintermetallische Phasen ausbildet.Method according to one of claims 15 to 19, characterized in that the metal of the surface ( 16 ) of the spherical spacer ( 10 ) when soldering with the tin in the Lotgut intermetallic phases formed.