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DE102017107715B4 - Magnetisches Sensor-Package und Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Sensor-Packages - Google Patents

Magnetisches Sensor-Package und Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Sensor-Packages Download PDF

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DE102017107715B4
DE102017107715B4 DE102017107715.4A DE102017107715A DE102017107715B4 DE 102017107715 B4 DE102017107715 B4 DE 102017107715B4 DE 102017107715 A DE102017107715 A DE 102017107715A DE 102017107715 B4 DE102017107715 B4 DE 102017107715B4
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DE
Germany
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carrier
component
package
spacer particles
electrically conductive
Prior art date
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DE102017107715.4A
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Inventor
Manfred Schindler
Franz-Peter Kalz
Volker Strutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Publication date
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Abstract

Ein magnetisches Sensor-Package (100), das Folgendes aufweist:• einen vollständig elektrisch leitfähigen Träger (102);• eine passive Komponente (106), die auf dem Träger (102) montiert ist;• eine zumindest teilweise elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur (108), die den Träger (102) mit der Komponente (106) elektrisch verbindet und die Abstandhalterpartikel (170) aufweist, die konfiguriert sind, den Träger (102) in Bezug auf die Komponente (106) auf Abstand zu halten;• wobei die Verbindungsstruktur (108) einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweist, in dem die Abstandhalterpartikel (170) eingebettet sind;• wobei ein Abstandhaltermaterial der Abstandhalterpartikel (170) polymerisch ist; und• wobei der Träger (102) einen ersten Trägerabschnitt (142) und einen zweiten Trägerabschnitt (144) aufweist, die durch eine Aussparung (146) getrennt sind, wobei die Komponente (106) einen ersten Oberflächenteilbereich (148) aufweist, der mit dem ersten Trägerabschnitt (142) durch einen ersten Teilbereich (150) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Oberflächenteilbereich (152) aufweist, der mit dem zweiten Trägerabschnitt (144) durch einen separaten zweiten Teilbereich (156) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist; und• wobei das magnetische Sensor-Package ferner einen elektronischen Chip (112) aufweist, der auf dem Träger (102) montiert ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Packages (Packungen, Packungsbaugruppen) und ein Verfahren zur Herstellung eines Packages.
  • Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Herkömmliche Verkapselungsmaterialien, wie zum Beispiel Moldstrukturen, für elektronische Komponenten und insbesondere elektronische Chips haben sich auf ein Level entwickelt, wo das Package die Leistungsfähigkeit der Komponenten nicht länger signifikant behindert. Ein Verkapseln von elektronischen Komponenten kann sie gegenüber der Umgebung schützen.
  • US 2006 / 0 255 476 A1 betrifft eine elektronische Baugruppe mit kontrollierter Lötverbindungdicke. Eine Lötverbindung umfasst eine Vielzahl von festen elektrisch leitenden Metallpartikeln, welche eine im Wesentlichen kugelförmige Form aufweisen.
  • DE 195 47 680 A1 schlägt eine Lotpaste vor mit pulverförmigem Lot und Spacern, wobei das Lot eine Lotlegierungen mit zumindest zwei Legierungsbestandteilen ist, und die Spacer im wesentlichen dieselben Legierungsbestandteile haben, wie das Lot, jedoch in einem anderen, einen höheren Schmelzpunkt herbeiführenden Verhältnis zueinander.
  • DE 698 11 495 T2 betrifft eine Zusammensetzung für eine Schaltungsverbindung, Verbindungverfahren mit dieser Zusammensetzung und eine verbundene Struktur für Halbleiterchips.
  • US 2016 / 0 218 264 A1 betrifft Verfahren zur Klebeverbindung von elektronischen Vorrichtungen.
  • US 2011 / 0 205 689 A1 betrifft einen leitfähigen Klebstoff zur Verwendung in einem festen Elektrolytkondensator.
  • US 2003 / 0 102 543 A1 betrifft eine harzgeformte Halbleitervorrichtung.
  • Es gibt jedoch immer noch potentiell Raum, die Herstellungskosten zu reduzieren und die Bearbeitung zu vereinfachen unter Beibehaltung einer hohen Genauigkeit der Bearbeitung. Darüber hinaus wird es immer herausfordernder, Packages herzustellen, die zuverlässig vor Delamination zwischen ihren Bestandteilen geschützt sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es mag ein Bedarf bestehen für ein Verfahren zur Herstellung eines zuverlässigen Packages mit effizientem Schutz vor Delamination.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein magnetisches Sensor-Package gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein magnetisches Sensor-Package gemäß Anspruch 12 bereitgestellt.
  • Gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Sensor-Packages gemäß Anspruch 15 bereitgestellt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Package bereitgestellt, bei dem ein Mindestabstand zwischen einer Komponente und einem Träger, auf dem die Komponente montiert ist, präzise definiert bzw. festgelegt werden kann. Dies wird durch Abstandhalterpartikel erreicht, die in einer Verbindungsstruktur enthalten sind, die den Träger und die Komponente elektrisch und mechanisch miteinander verbindet. Solche Abstandhalterpartikel können in einer ausreichenden Konzentration und mit ausreichenden Abmessungen zugegeben werden, um sicherzustellen, dass sich ein oder mehrere Abstandhalterpartikel in dem Bereich einer kleinsten Lücke zwischen der Komponente und dem Träger befindet oder befinden. Als ein Ergebnis können die Abstandhalterpartikel verhindern, dass die Komponente sich dem Träger um mehr als einen kritischen Abstand nähert, unter dem die Tendenz zur Delamination signifikant zunimmt. Es hat sich herausgestellt, dass die Konfiguration der Verbindungsstruktur mit solchen Abstandhalterpartikeln es ermöglicht, einen Mindestabstand zwischen dem Träger und der Komponente präzise zu definieren bzw. festzulegen, um nicht auf solch einen niedrigen Wert zu fallen, bei dem eine Delamination zwischen der Komponente und dem Träger mit einem hohen Risiko auftreten kann. Daher verbessert die Beibehaltung eines bestimmten Mindestabstands, wie er durch die Abstandhalterpartikel gewährleistet wird, die elektrische und mechanische Zuverlässigkeit des Packages. Insbesondere hat es sich herausgestellt, dass selbst bei hohen Temperaturen und bei sehr niedrigen Temperaturen sowie nach einer großen Anzahl an Temperaturzyklen solch ein Package frei von Delamination zwischen der Komponente und dem Träger bleibt als ein Ergebnis der Beibehaltung des Mindestabstands zwischen diesen. Daher wird ein Package bereitgestellt, das ausgeprägte Zuverlässigkeitseigenschaften hat und daher auch für anspruchsvolle Anwendungen im Automobilbereich oder dergleichen geeignet ist. Insbesondere ermöglicht solch eine Herstellungsarchitektur eine Produktion von Packages mit gekapselten oberflächenmontierten passiven Komponenten mit hoher Leistungsfähigkeit. In höchst vorteilhafter Weise können die Abstandhalterpartikel direkt in der elektrisch leitenden Verbindungsstruktur eingebettet sein, anstatt dass sie als eine separate Abstandhalterstruktur bereitgestellt werden. Dies sorgt dafür, dass der Herstellungsprozess einfach bleibt und dass Package kompakt und effizient bleibt.
  • Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages und des Verfahrens erläutert werden.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung mag der Ausdruck „Komponente“ insbesondere jedes beliebige elektronische Element bedeuten, das eine elektronische Funktion in dem Package erfüllt, wenn es auf dem Träger montiert ist. Insbesondere kann die Komponente als eine passive Komponente ausgestaltet sein, wie zum Beispiel eine Kapazitanz, eine Induktanz oder ein ohmscher Widerstand. Es ist jedoch auch möglich, dass die Komponente eine aktive Komponente ist.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung mag der Ausdruck „passive Komponente‟ insbesondere jede beliebige elektronische Komponente bedeuten, sie keine Energiequelle zur Durchführung ihrer vorgesehenen Funktion benötigt. Eine passive Komponente kann eine Komponente sein, die nicht in der Lage ist, Strom durch ein anderes Signal zu kontrollieren. Widerstände, Kondensatoren, Induktoren (Spulen) und Transformatoren (Wandler) können insbesondere alle als passive Komponenten angesehen werden.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung mag der Ausdruck „Abstandhalterpartikel“ insbesondere feste, vorzugsweise nicht komprimierbare, Partikel bzw. Teilchen mit definierten Abmessungen bedeuten, die in der Lage sind, einen ausreichenden Abstand zwischen einem Träger und einer Komponente auf Grund ihrer Anwesenheit in einem Spalt oder einer Lücke zwischen dem Träger und der Komponente präzise beizubehalten (insbesondere zu definieren). Zum Beispiel können die Abstandhalterpartikel eine definierte Form und/oder eine oder mehrere definierte Abmessungen haben. Zum Beispiel können die Abstandhalterpartikel kugelförmig, kubisch, zylindrisch, kegelförmig, unregelmäßige Körper, etc. sein.
  • In einer Ausführungsform haben die Abstandhalterpartikel einen Durchmesser (insbesondere einen maximalen Durchmesser) von mindestens 10 µm, insbesondere von mindestens 30 µm. Es hat sich bei experimentellen Untersuchungen, die unten noch näher im Detail beschrieben sind, herausgestellt, dass, insbesondere wenn die Abstandhalterpartikel mit einem Durchmesser von mindestens 30 µm bereitgestellt werden, eine ausgeprägte Verbesserung des Schutzes des Packages vor unerwünschter Delamination zwischen dem Träger und der Komponente erhalten werden kann. Jedoch in bestimmten Anwendungen kann eine Verbesserung der Delaminationseigenschaften bereits erhalten werden, wenn Abstandhalterpartikel mit Abmessungen von mindestens 10 µm verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann die Abwesenheit von Abstandhalterpartikeln zu einem Abstand von zum Beispiel nur 2 µm bis 3 µm führen, was zu einer unerwünschten Delamination selbst in Abwesenheit von thermischen Zyklen oder in Abwesenheit einer sehr hohen oder sehr niedrigen Temperatur führen kann.
  • In einer Ausführungsform haben die Abstandhalterpartikel einen Durchmesser (insbesondere einen maximalen Durchmesser) von nicht mehr als 200 µm . Es hat sich herausgestellt, dass, wenn der Durchmesser der Abstandhalterpartikel zu groß wird, das hoch zuverlässige elektrische Verbinden zwischen der Komponente und dem Träger erneut verringert sein kann, zum Beispiel auf Grund der Bildung von Hohlräumen in der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur. Um eine sehr hohe Zuverlässigkeit sicherzustellen, ist es daher vorteilhaft, die Abmessung der Abstandhalterpartikel auf nicht mehr als 200 µm zu begrenzen.
  • In einer Ausführungsform haben die Abstandhalterpartikel eine im Wesentlichen kugelförmige Form. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Abstandhalterpartikeln, die die Form einer Kugel haben, für sehr gute Ergebnisse im Hinblick auf Schutz vor Delamination sorgt. Kugelförmige Abstandhalterpartikel können auch mit einer sehr hohen Genauigkeit im Hinblick auf die Form und den Durchmesser hergestellt werden und können in einfacher Weise hergestellt werden. Ungeachtet der Orientierung eines kugelförmigen Abstandhalterpartikels wird es immer einen vordefinierten Mindestabstand zwischen dem Träger und der Komponente aufrechterhalten. Als eine Alternative zu kugelförmigen Abstandhalterpartikeln ist es jedoch auch möglich, quaderförmige Abstandhalterpartikel oder dergleichen bereitzustellen. Als eine weitere Alternative zu kugelförmigen Abstandhalterpartikeln können die Abstandhalterpartikel auch einen ellipsoiden Querschnitt haben. In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich mindestens 80 % der Abstandhalterpartikel in Bezug auf den Durchmesser um weniger als 20 %, insbesondere um weniger als 10 %.
  • Die Verbindungsstruktur weist einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoff auf, in dem die Abstandhalterpartikel eingebettet sind. Der elektrisch leitfähige Klebstoff kann mit den Abstandhalterpartikeln gemischt sein. Beim Härten von solch einem Material der Verbindungsstruktur sorgt der elektrisch leitfähige Klebstoff für eine elektrische Verbindung zwischen der Komponente und dem Träger sowie für eine Haftung bzw. ein Kleben zwischen der Komponente und dem Träger. Gleichzeitig können die Abstandhalterpartikel einen definierbaren Abstand bzw. Zwischenraum zwischen der Komponente und dem Träger aufrechterhalten.
  • Zum Beispiel kann der zumindest teilweise elektrisch leitfähige Klebstoff als ein elektrisch isolierender Klebstoff mit elektrisch leitfähigen Partikeln darin ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähigen Partikeln kleiner als die Abstandhalterpartikel, um so zuverlässig einen direkten elektrisch leitfähigen Pfad von der Komponente zu dem Träger über die elektrisch leitfähigen Partikel sicherzustellen. Was die Zusammensetzung des zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoffs betrifft, ist es insbesondere bevorzugt, dass letzterer aus einem elektrisch isolierenden Klebstoff (zum Beispiel ein auf Epoxy basierender Klebstoff) zusammengesetzt ist, in dem elektrisch leitfähige Partikel (wie zum Beispiel unspezifisch geschreddertes Silber oder dergleichen) dispergiert sind, wobei letztere für die elektrische Leitfähigkeit sorgen.
  • Alternativ kann der Klebstoff selbst elektrisch leitfähig sein.
  • Die Abstandhalterpartikel können optional auch zu der elektrischen Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur beitragen und daher für die elektrische Verbindung zwischen der Komponente und dem Träger.
  • In Vergleichsbeispiel umfasst eine Verbindungsstruktur ein Lötmittel bzw. ein Lot (anstatt eines Klebstoffs), in dem die Abstandhalterpartikel eingebettet sind. Hierbei ist es zum Beispiel möglich, eine Lötpaste als das lötbare Material zu verwenden und die Lötpaste mit den Abstandhalterpartikeln zu mischen. Die Lötkomponente kann dann dazu dienen, eine mechanische Haftung und eine elektrische Verbindung bereitzustellen, und die Abstandhalterpartikel können einen definierten Abstand zwischen der Komponente und dem Träger, die dann durch eine Lötverbindung verbunden sind, aufrechtzuerhalten.
  • In einer Ausführungsform weisen die Abstandhalterpartikel mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus voll elektrisch leitfähigen Abstandhalterpartikeln, voll elektrisch isolierenden Abstandhalterpartikeln und Abstandhalterpartikeln, die einen elektrisch isolierenden Kern und eine elektrisch leitfähige Beschichtung, die zumindest teilweise den Kern bedeckt, haben, auf. Somit können in einer Ausführungsform die ganzen Abstandhalterpartikel elektrisch leitfähig sein. In einer anderen Ausführungsform können die Abstandhalterpartikel vollständig dielektrisch sein. In noch einer anderen Ausführungsform werden jedoch Abstandhalterpartikel mit einem dielektrischen Kern bereitgestellt, die mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (zum Beispiel einer metallischen Plattierschicht bzw. einem galvanischen Überzug aus Metall) bedeckt sind. In der letztgenannten Ausführungsform kann die Beschichtung zu der elektrischen Verbindung zwischen der Komponente und dem Träger beitragen, wohingegen das Material des Kerns in Bezug auf eine andere Funktion (wie zum Beispiel die Fähigkeit, Wärme abzuführen) optimiert sein kann.
  • Der Träger weist einen ersten Trägerabschnitt und einen zweiten Trägerabschnitt auf, die durch eine Aussparung (Vertiefung) getrennt sind, wobei die Komponente einen ersten Oberflächenteilbereich aufweist, der mit dem ersten Trägerabschnitt durch einen ersten Teilbereich der Verbindungsstruktur elektrisch verbunden ist, und einen separaten zweiten Oberflächenteilbereich aufweist, der mit dem zweiten Trägerabschnitt durch einen zweiten Teilbereich der Verbindungsstruktur elektrisch verbunden ist. Daher kann die Komponente zwei Oberflächenteilbereiche haben, die zwei Anschlüssen der Komponente entsprechen. Zum Verbinden beider Anschlüsse der Komponente können entsprechende Abschnitte der Verbindungsstruktur bereitgestellt sein, die den jeweiligen Anschluss mit einem entsprechenden Teilbereich des Trägers verbinden. Daher können zwei (oder mehr) verschiedene bzw. unterschiedliche Verbindungsbereiche in dem Package bereitgestellt sein, die beide (oder alle) Abstandhalterpartikel zum Beibehalten des jeweiligen Abstands aufweisen. Der Abstand in den zwei separaten Verbindungsbereichen kann der gleiche sein, wodurch eine parallele Ausrichtung zwischen der Komponente und dem Träger (zum Beispiel eine Trägerplatte) sichergestellt ist.
  • In einer Ausführungsform kann der Mindestabstand, der durch die Abstandhalterpartikel beibehalten wird, einem Klebschichtabstand von mehr als 20 µm entsprechen. Insbesondere kann die Verbindungsstruktur Abstandhalterpartikel mit einem Durchmesser, der diesen Mindestabstand definiert, aufweisen. Der Mindestabstand zwischen dem Träger und der Komponente kann als ein Klebschichtabstand (bond line distance) bezeichnet werden und kann von dem Durchmesser der Abstandhalterpartikel abweichen.
  • Zum Beispiel wenn der Durchmesser der Abstandhalterpartikel 30 µm beträgt, kann der Klebschichtabstand trotzdem 25 µm betragen, da der Bereich der kleinsten Dicke zwischen dem Träger und der Komponente von dem Bereich, wo die Abstandhalterpartikel vorliegen, beabstandet sein kann. Es hat sich in Experimenten herausgestellt, dass ein Klebschichtabstand von mehr als 20 µm einen zuverlässigen Schutz vor unerwünschter Delamination sicherstellt.
  • In einer Ausführungsform ist die Komponente eine oberflächenmontierte Geräte (surface mounted device, SMD) Komponente. Die Komponente kann somit eine Komponente sein, die auf einer Oberfläche des Trägers montiert ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann jedoch solch eine oberflächenmontierte Komponente trotzdem nach dem Montieren verkapselt werden, wie unten beschrieben.
  • Die Komponente, die eine passive Komponente sein kann, kann aus einer Gruppe, bestehend aus einem Kondensator, einem ohmschen Widerstand und einer Induktanz, ausgewählt sein. Andere passive Komponenten können ebenfalls implementiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente ein keramischer Kondensator. Solch ein keramischer Kondensator kann als ein Glättungskondensator verwendet werden zum Glätten eines elektrischen Signals, das zum Beispiel durch einen elektronischen Chip bereitgestellt wird, der auf demselben Träger montiert sein kann. Solch ein keramischer Kondensator kann zwei Anschlüsse haben, die über separate, unabhängige und elektrisch entkoppelte Teilbereiche der Verbindungsstruktur mit unterschiedlichen Abschnitten des Trägers zu verbinden sind.
  • In einer Ausführungsform ist der Träger ein Leadframe oder ein anderer vollständig elektrisch leitfähiger Träger. Ein Leadframe kann eine Kupferplatte sein, die mit einem Muster versehen ist (zum Beispiel gelocht oder geätzt), um so verschiedenartige Abschnitte davon zu bilden. Solch ein Leadframe kann planar bzw. eben sein. Allgemeiner kann der Träger als ein plattenartiger Träger verkörpert sein, der planar ist, so dass eine planare Hauptoberfläche des Trägers parallel zu einer planaren Hauptoberfläche der Komponente, die daran über die Verbindungsstruktur verbunden ist, angeordnet sein kann. Abstandhalterpartikel mit einer einheitlichen Form und Abmessung tragen zu solch einer parallelen Anordnung bzw. Ausrichtung zwischen dem Träger und der Komponente bei, was zusätzlich die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der hergestellten Packages erhöht.
  • In einer Ausführungsform weist das Package ein Verkapselungsmittel auf, das die Komponente, die Verbindungsstruktur und einen Teil des Trägers verkapselt bzw. kapselt. Auch ein elektronischer Chip kann durch dieselbe oder ein andere Verkapselungsstruktur verkapselt sein. Durch solch ein Verkapselungsmittel kann ein mechanischer Schutz der Komponente und des Trägers sowie eine elektrische Entkopplung des Inneren des Packages in Bezug auf eine elektronische Umgebung erreicht werden. In einem Versuch, umweltfreundliche Materialien zu benutzen, kann die Verwendung einer grünen Moldverbindung als Verkapselungsmittel gegenüber anderen Moldverbindungen bevorzugt sein. Es wurde jedoch überraschenderweise herausgefunden, dass Probleme im Hinblick auf Delamination in Gegenwart von dünnen Verbindungsstrukturen zwischen der Komponente und dem Träger bei solchen grünen Moldverbindungen besonders ausgeprägt sind. Daher ist die Anwesenheit von Abstandhalterpartikeln zum Beibehalten eines vordefinierten Mindestabstands (von zum Beispiel mindestens 10 µm oder mindestens 30 µm) zwischen dem Träger und der Komponente besonders vorteilhaft, wenn eine grüne Moldverbindung verwendet wird.
  • Allgemeiner kann das Verkapselungsmittel mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus einer Moldverbindung und einem Laminat, aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verkapselungsmittel eine Moldverbindung. Für das Verkapseln durch Molden kann ein Plastikmaterial oder ein keramisches Material verwendet werden. Das Verkapselungsmittel kann ein Epoxy-Material aufweisen. Füllstoffpartikel (zum Beispiel SiO2, Al2O3, Si3N4, BN, AIN, Diamant, etc.), zum Beispiel zum Verbessern der thermischen Leitfähigkeit, können in einer auf Epoxy basierenden Matrix des Verkapselungsmittels eingebettet sein. Ein Laminatpackaging ist jedoch ebenfalls möglich.
  • Das Package weist zusätzlich einen elektronischen Chip auf, der auf demselben Träger wie die (passive) Komponente montiert ist. Vorzugsweise können die (passive) Komponente und der elektronische Chip (der eine aktive Komponente sein kann) elektrisch verbunden sein und/oder funktional kooperieren. Solch ein elektronischer Chip kann zum Beispiel ein Sensorchip sein oder ein Leistungshalbleiterchip sein, der auf demselben Träger wie die Komponente montiert sein kann und der mit der Komponente funktional und elektrisch gekoppelt sein kann. In einer Ausführungsform sind die Komponente und der elektronische Chip durch eine gemeinsame durchgehende Verkapselungsstruktur verkapselt. In einer anderen Ausführungsform kann die Komponente und ein entsprechender Teilbereich des Trägers durch einen ersten Verkapselungskörper verkapselt sein, wohingegen der elektronische Chip und ein entsprechender anderer Teilbereich des Trägers durch einen anderen Verkapselungskörper verkapselt sein können.
  • In einer Ausführungsform sind die Komponente und der elektronische Chip lateral (seitlich) voneinander beabstandet an unterschiedlichen Abschnitten des Trägers montiert. In solch einer Ausführungsform können die Teilbereiche des Trägers, auf dem der elektronische Chip montiert ist und auf dem die Komponente montiert ist, nebeneinander liegen oder sie können räumlich getrennt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die Teilbereiche zumindest teilweise überlappen. Zum Beispiel kann der elektronische Chip auf einem Teilbereich des Trägers montiert, der den Bereich, auf dem die Komponente montiert ist, vollkommen einschließt oder umfasst.
  • In einer Ausführungsform ist der elektronische Chip ein Sensorchip, insbesondere ein magnetischer Sensorchip. In solch einer Ausführungsform kann der Sensorchip ein Messsignal erfassen und kann ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugen. Letzteres kann durch die Komponente empfangen werden, zum Beispiel kann es durch eine Komponente vom Typ Kondensator geglättet werden. In dem genannten Beispiel eines magnetischen Sensorchips kann der magnetische Sensorchip zum Beispiel von der Art eines Hall-Sensors sein, der in der Lage ist, ein magnetisches Feld in einer Umgebung des Packages zu detektieren. Zum Beispiel kann solch ein magnetischer Sensorchip in einer Anwendung im Automobilbereich implementiert werden, zum Beispiel zum Abtasten einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle eines Motors. Insbesondere für solche Anwendungen im Automobilbereich ist eine äußerst hohe Zuverlässigkeit des Packages erforderlich, so dass die effiziente Unterdrückung von Delaminationstendenzen durch die Abstandhalterpartikel für solch eine Anwendung besonders vorteilhaft ist.
  • In einer Ausführungsform ist der Mindestabstand durch einen Durchmesser der Abstandhalterpartikel definiert. Somit kann mindestens ein Teil der starren bzw. unelastischen, nicht komprimierbaren Abstandhalterpartikeln in einen Spalt bzw. eine Lücke zwischen dem Träger und der Komponente eintreten, wo der Träger und die Komponente gegenüberliegende und (zumindest im Wesentlichen) parallele Hauptoberflächen haben. Somit kann die Anwesenheit von einem oder mehreren Abstandhalterpartikeln in diesem Spalt eine Mindestspaltgröße aufrechterhalten und somit einen Mindestabstand zwischen dem Träger und der Komponente. In solch einer Ausführungsform kann der Mindestabstand zwischen dem Träger und der Komponente identisch zu dem (zum Beispiel konstanten oder maximalen) Durchmesser der Abstandhalterpartikel sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Mindestabstand zwischen dem Träger und der Komponente von dem maximalen Durchmesser der Abstandhalterpartikel abweicht (zum Beispiel etwas kleiner ist als der maximale Durchmesser der Abstandhalterpartikel) (zum Beispiel wenn die Komponente leicht geneigt bzw. schräg in Bezug auf den Träger ist, wobei ein oder mehrere Abstandhalterpartikel innerhalb eines Teils des Spalts vorliegen).
  • In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Herstellen eines System-in-Package unter Verwendung des oben beschriebenen Packages als ein Bestandteil oder Teil des System-in-Packages auf. Dementsprechend kann das Package als ein System-in-Package (SiP) oder ein Teil davon konfiguriert sein. Solch ein System-in-Package kann ein Package der oben beschriebenen Art mit einer verkapselten Komponente auf einem Träger zur Bildung eines größeren Systems mit zusätzlicher elektronischer Funktionalität verwenden. Solch ein System-in-Package kann somit in einem größeren Packaging-Gehäuse oder Verkapselung gepackt sein. Ein System-in-Package kann somit aus einer Anzahl an integrierten Schaltkreisen bzw. Schaltungen (integrated circuits), die in einem einzigen Modul oder Package eingeschlossen sind, zusammengesetzt sein. Das SiP kann mehrere elektronische Funktionen durchführen und kann zum Beispiel innerhalb eines Mobiltelefons, etc. verwendet werden. Chips enthaltende integrierte Schaltkreise können vertikal auf einem Träger gestapelt sein und können intern elektrisch verbunden sein. Ein beispielhaftes SiP kann mehrere Chips (wie zum Beispiel spezialisierte Prozessoren, einen Speicher, etc.) enthalten, kombiniert mit passiven Komponenten, wie zum Beispiel einen oder mehrere Widerstände und/oder Kondensatoren, die alle auf demselben Träger montiert sein können.
  • Es hat sich herausgestellt, dass ein Package gemäß einer Ausführungsform, bei dem eine definierte Dicke von zum Beispiel mindestens 20 µm zwischen der Komponente und dem Träger als ein Ergebnis der Bereitstellung von Abstandhalterpartikeln aufrechterhalten wird, es ermöglicht, solch eine ausgeprägte Unterdrückung der Delaminationstendenz zu erreichen, dass es 2000 Stunden bei 175 °C sowie 1000 Temperaturzyklen zwischen -50 °C und + 150 °C durchsteht. Daher kann ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform auch anspruchsvolle Anforderungen von Anwendungen im Automobilbereich erfüllen. Dies gilt insbesondere für ein verkapseltes Package, das eine halogenfreie, grüne Moldverbindung verwendet.
  • In der Verbindungsstruktur können zum Beispiel 70 Massen-% bis 90 Massen-% Silberpartikel in etwa 10 Massen-% bis 30 Massen-% nicht leitfähigem Klebstoff eingebettet sein. Dieser zumindest teilweise haftende Klebstoff kann mit Abstandhalterpartikeln gemischt werden. Zum Beispiel können zwischen 1 Massen-% und 30 Massen-%, insbesondere zwischen 3 Massen-% und 10 Massen-%, Abstandhalterpartikeln in Bezug auf den zumindest teilweise leitfähigen Klebstoff bereitgestellt sein. Solch ein auf Silber basierender Klebstoff kann auf dem Träger zum Beispiel von der Art eines Leadframes verteilt werden und dann kann die Komponente (insbesondere ein keramischer Kondensator) daran befestigt werden. Der Klebstoff kann bei einer Temperatur von 180 °C gehärtet werden, um dadurch das Package zu erhalten. Ein so erhaltenes Package, das anschließend durch ein Verkapselungsmittel, wie zum Beispiel eine grüne Moldverbindung, verkapselt werden kann, hat einen Mindestabstand zwischen der Komponente und dem Träger und ist auch zuverlässig gegen ein unerwünschtes übermäßiges Kippen bzw. Neigen durch die Abstandhalterpartikel, die vorzugsweise eine homogene Größe haben, geschützt.
  • Als eine Alternative zu einem Silberklebstoff ist es auch möglich, einen Klebstoff mit anderen metallischen Partikeln (insbesondere geschredderte Partikel) zu verwenden, wie zum Beispiel einen Kupferklebstoff oder einen Zinkklebstoff.
  • In einem Vergleichsbeispiel wird ein Verbindungsstrukturmaterial als ein Lötmaterial (zum Beispiel eine Lötpaste) bereitgestellt mit Abstandhalterpartikeln, die konfiguriert sind, typischen Löttemperaturen standzuhalten. Zum Beispiel sind hierfür Abstandhalterpartikel aus Zirconiumoxid geeignet.
  • Alternative Träger, die für andere Ausführungsformen verwendet werden können, kann jeder beliebige Interposer wie ein Substrat, ein keramisches Substrat, ein laminares Substrat, ein IMS (isoliertes Metallsubstrat), etc. sein.
  • In Ausführungsformen kann das Package als eine Halbbrücke, ein Kaskodenschaltkreis, ein Schaltkreis, der sich aus einem Feldeffekttransistor und einem bipolaren Transistor, die parallel zueinander verbunden bzw. geschaltet sind, zusammensetzt, oder ein Leistungshalbleiterschaltkreis konfiguriert sein. Daher ist die Packaging-Architektur gemäß beispielhafter Ausführungsformen kompatibel mit den Anforderungen von sehr unterschiedlichen Schaltkreiskonzepten.
  • In einer Ausführungsform ist das Package konfiguriert als eines aus der Gruppe, bestehend aus einem mit einem Leadframe verbundenen Leistungsmodul, einer Transistor Outline (TO) elektronischen Komponente, einer Quad Flat No Leads Package (QFN) elektronischen Komponente, einer Small Outline (SO) elektronischen Komponente, einer Small Outline Transistor (SOT) elektronischen Komponente und einer Thin More Outline Package (TSOP) elektronischen Komponente. Daher ist das Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform voll kompatibel mit Standard Packaging-Konzepten (insbesondere voll kompatibel mit Standard TO Packaging-Konzepten) und erscheint nach außen als eine herkömmliche elektronische Komponente, die sehr benutzerfreundlich ist. In einer Ausführungsform ist das Package konfiguriert als ein Leistungsmodul, z.B. ein gemoldetes Leistungsmodul. Zum Beispiel kann eine beispielhafte Ausführungsform der elektronischen Komponente ein intelligentes Leistungsmodul (intelligent power module, IPM) sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektronische Chip konfiguriert als ein Controller-Chip, ein Prozessorchip, ein Speicherchip, ein Sensorchip oder ein mikroelektromechanisches System (MEMS). In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass der elektronische Chip als ein Leistungshalbleiterchip konfiguriert. Somit kann der elektronische Chip (wie zum Beispiel ein Halbleiterchip) für Leistungsanwendungen verwendet werden, zum Beispiel auf dem Gebiet des Automobilbaus, und kann zum Beispiel mindestens einen integrierten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (integrated insulated-gate bipolar transistor, IGBT) und/oder mindestens einen Transistor einer anderen Art (wie zum Beispiel ein MOSFET, ein JFET, etc.) und/oder mindestens eine integrierte Diode haben. Solche integrierten Schaltkreiselemente können zum Beispiel in Silicium-Technologie gemacht werden oder auf Halbleitern mit weiter Bandlücke (wide-bandgap semiconductors) basieren (wie zum Beispiel Siliciumcarbid, Galliumnitrid oder Galliumnitrid auf Silicium). Ein Halbleiterleistungschip kann einen oder mehrere Feldeffekttransistoren, Dioden, Inverter-Schaltkreise, Halbbrücken, Vollbrücken, Treiber, Logikschaltkreise, weitere Geräte, etc. aufweisen.
  • Als Substrat oder Wafer, das bzw. der die Basis der elektronischen Chips bildet, kann ein Halbleitersubstrat, vorzugsweise ein Substrat aus Silicium, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliciumoxid oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, ein Substrat aus Germanium oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen in GaN oder SiC Technologie implementiert werden. Ein Halbleitergerät gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann als ein mikroelektromechanisches System (MEMS), Sensor, etc. konfiguriert sein.
  • Des Weiteren verwenden beispielhafte Ausführungsformen Standard Halbleiterverarbeitungstechnologien, wie zum Beispiel geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotrope und anisotrope Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Musterungstechnologien (die lithografische Masken mit sich bringen können), Abscheidungstechnologien (wie zum Beispiel chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), Sputtern, etc.).
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen offensichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen werden, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen, und die einen Teil der Beschreibung darstellen, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen.
  • Für die Zeichnungen gilt:
    • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, das eine passive Komponente mit einem Träger durch eine Verbindungsstruktur, die als ein teilweise elektrisch leitfähiger Klebstoff ausgestaltet ist, verbindet.
    • 2 zeigt Querschnittsansichten eines herkömmlichen Packages, das durch Delamination zu Schaden kommt.
    • 3 zeigt Querschnittsansichten eines gegenüber Delamination robusten Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 4 zeigt Ergebnisse einer Simulation bezüglich der mechanischen Last, die auf ein herkömmliches Package, das durch Delamination zu Schaden kommt, wirkt.
    • 5 zeigt Ergebnisse einer Simulation bezüglich der mechanischen Last, die auf ein gegenüber Delamination robustes Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wirkt.
    • 6 zeigt Querschnittsansichten eines gegenüber Delamination robusten Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
  • Bevor weitere beispielhafte Ausführungsformen mehr im Detail beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen der gegenwärtigen Erfinder zusammengefasst, auf welcher Grundlage beispielhafte Ausführungsformen entwickelt worden sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Packages (zum Beispiel eines SiP Packages) mit verbesserter Robustheit bereitgestellt, das auf einer Kombination eines oberflächenmontierten Geräts (surface mounted device, SMD) und einem Klebstoff mit großen Abstandhalterpartikeln darin beruht. Die Abstandhalterpartikel behalten einen Mindestabstand zwischen einer Komponente und einem Träger aufrecht, die durch eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur verbunden sind, die den Klebstoff und die Abstandhalterpartikel aufweist und die sich daher als fähig erwiesen hat, zuverlässig eine unerwünschte Delamination zwischen der Komponente und dem Träger zu verhindern. Dadurch kann die mechanische und elektrische Zuverlässigkeit des Packages signifikant verbessert werden. Somit wird ein vorteilhafter SMD Klebstoff Prozess bereitgestellt für eine erhöhte Package-Robustheit durch reduzierte Tendenz zur Delamination an der Klebstoffgrenzfläche. Dies ist zum Beispiel höchst vorteilhaft für SiP Packages oder magnetische Sensorpackages.
  • Herkömmlicherweise tritt eine Schwäche eines SMD-Teil Verbindungsprozesses auf mit einem hohen Risiko für Delamination selbst in für die Zuverlässigkeit kritischen Gebieten. Ein Ergebnis davon ist eine Prozessinstabilität auf Grund einer Klebstoff Klebschichtdicke (glue bond line thickness), die schwierig zu kontrollieren ist. Als ein Ergebnis haben solche Packages mit SMD-Teilen innerhalb eines Verkapselungsmittels, wie zum Beispiel einem Moldgehäuse, große Schwierigkeiten, strenge Delaminationskriterien zu erfüllen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können solche herkömmlichen Nachteile überwunden werden durch die Verwendung eines SMD Klebstoffs mit großen Abstandhalterpartikeln (zum Beispiel mit einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 20 µm und 200 µm) . Solch eine Verbindungsstruktur erlaubt es, ein mechanisch robustes SiP Package oder ein Sensorpackage zur Spannungsentlastung (stress relief) und daher einer signifikant reduzierten Delamination zu erhalten. Darüber hinaus kann ein entsprechendes Herstellungsverfahren effizienter sein als ein Ergebnis eines vereinfachten Prozessablaufs mit Abstandhalterklebstoff auf Grund einer Klebschichtdicke (bond line thickness), die durch die Abstandhalterpartikel sichergestellt wird, und auf Grund einer fehlenden Notwendigkeit zur Kontrolle.
  • Darüber hinaus ermöglichen beispielhafte Ausführungsformen es, ein verbessertes Zuverlässigkeitsverhalten zu erhalten. Der Abstandhalterklebstoff unterstützt eine erhöhte Klebschichtdicke sowie ein stabile Klebschichtdicke zum Entkoppeln von Belastung (stress decoupling) und daher ein reduziertes Risiko zur Delamination. Dies ermöglicht die Entwicklung von Package-Varianten mit SMD-Teilen innerhalb des integrierten Schaltkreis Package-Gehäuses, das die Delaminationskriterien erfüllt.
  • Auch werden Delaminationsprobleme von kritischen Bereichen entfernt, wie zum Beispiel zwischen den Anschlüssen der Komponente, die empfindlich auf Metallmigrationsthemen, etc. sein können.
  • Eine vorteilhafte Anwendung von solch einer Architektur sind ein oder mehrere SMD keramische Kondensatoren innerhalb eines magnetischen Sensor-Packages. Jedoch können sehr unterschiedliche Arten an Packages durch den beschriebenen Herstellungsprozess adressiert werden. Andere beispielhafte Ausführungsformen können somit zum Beispiel SMDs innerhalb einer Chippackage, SiP (System-in-Package), Package-in-Package, etc. betreffen.
  • Zum Beispiel kann der Durchmesser der Abstandhalterpartikel in einem Bereich von 20 µm oder 30 µm bis 200 µm liegen. Eine bevorzugte Klebschichtdicke kann in einem Bereich über 20 µm liegen, wobei eine Klebschichtdicke von über 10 µm bereits ausreichend für bestimmte Package-Typen sein kann. Es gibt experimentellen Beweis, dass diese Werte (im Allgemeinen 20 µm oder in bestimmten Ausführungsformen sogar 10 µm) der Klebschichtdicke am Anfang einer signifikant erhöhten mechanischen Robustheit einer Klebstoffverbindung zwischen SMD Anschlüssen und einem Leadframe oder einem anderen Träger stehen können.
  • Geeignete Abstandhaltermaterialien können zum Beispiel nicht leitfähige Abstandhalterpartikel aus Polymer in elektrisch leitfähigen Klebstoffen (dies bedeutet typische Klebstoffe für Packages mit metallischen, schuppenförmigen (flake) Füllstoffpartikeln, zum Beispiel Ag, Au, Ni, Legierungen, etc.) sein. In einer anderen Ausführungsform ist es möglich, elektrisch leitfähige Abstandhalterpartikel zu verwenden. Dies stellt eine Möglichkeit bereit, eine elektrische Leitfähigkeit durch Abstandhalterpartikel innerhalb eines elektrisch nicht leitfähigen Klebstoffs zu erzeugen. In noch einer anderen Ausführungsform ist es möglich, metallplattierte organische Abstandhalterpartikel zu verwenden, wie zum Beispiel Lötkugeln mit einem Plastikkern (zum Beispiel Cu-plattiert oder Sn-plattiert). Dies kann es ermöglichen, einen verbesserten Falltest in Bezug auf Thermal Cycling on Board (TCoB) Zuverlässigkeit zu erreichen.
  • Somit ermöglicht eine beispielhafte Ausführungsform, einen verbesserten SMD Klebstoff Prozess innerhalb eines SiP Packages oder eines magnetischen Sensor-Packages bereitzustellen mit signifikant erhöhter mechanischer Robustheit der Bindung bzw. Klebung gegenüber Delamination und verbesserter Zuverlässigkeit. Dies kann die Bildung von SiP Packages mit robusteren Eigenschaften und einem vereinfachten Prozessablauf ermöglichen. Solch ein Abstandhalter Klebstoff Konzept ist in der Lage leistungsstarke Packages, zum Beispiel magnetische Sensor-Packages, herzustellen, die strenge Delaminationskriterien erfüllen. Packages können in einer besonders einfachen Weise mit erhöhter mechanischer Robustheit und erhöhter Zuverlässigkeit hergestellt werden.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In dem Package 100 ist eine passive Komponente 106 mit einem vollständig elektrisch leitfähigen Träger 102 (zum Beispiel eine mit einem Muster versehene Metallplatte, wie zum Beispiel ein aus Kupfer gemachtes Leadframe) elektrisch verbunden. Diese Verbindung wird verwirklicht durch eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur 108, die als ein teilweise elektrisch leitfähiger Klebstoff, der mit nicht komprimierbaren festen kugelförmigen Abstandhalterpartikeln 170 gefüllt ist, verkörpert ist.
  • Der elektrisch leitfähige plattenartige Träger 102 ist hier als ein aus Kupfer gemachtes Leadframe konfiguriert und weist einen ersten Trägerabschnitt 142 und einen zweiten Trägerabschnitt 144 auf, die durch eine Aussparung 146 oder ein Durchgangsloch bzw. eine Durchgangsbohrung (through hole) in dem Träger 102 getrennt sind. Im Speziellen kann die Metalplatte, die als eine Basis für die Bereitstellung des Trägers 102 dient, mit einem Muster versehen sein (zum Beispiel gelocht), so dass Durchgangslöcher als die Aussparungen 146 erzeugt werden, die die verbleibenden Trägerabschnitte des Trägers 102 auf Abstand voneinander halten bzw. beabstanden. Die Komponente 106, die hier ein oberflächenmontiertes Gerät (surface mounted device, SMD) ist, das als ein keramischer Kondensator oder ein anderes passives elektronisches Element ausgestaltet ist, hat einen ersten Oberflächenabschnitt (entsprechend einem ersten Anschluss 151), der mit dem ersten Trägerabschnitt 142 durch einen ersten Teilbereich 150 der Verbindungsstruktur 108 elektrisch verbunden ist. Darüber hinaus hat die Komponente 106 einen zweiten Oberflächenteilbereich (entsprechend einem zweiten Anschluss 153), der mit dem zweiten Trägerabschnitt 144 durch einen zweiten Teilbereich 156 der Verbindungsstruktur 108 elektrisch verbunden ist. Als ein Ergebnis ist die Komponente 106 auf dem Träger 102 oberflächenmontiert mittels zwei separaten, voneinander beabstandeten Teilbereichen 150, 156 der Verbindungsstruktur 108. Die voneinander beabstandeten Teilbereichen 150, 156 und die Komponente 106 überbrücken zusammen die Aussparung 146 zwischen den Trägerabschnitten 142, 144.
  • Die zumindest teilweise elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur 108 weist kugelförmige Abstandhalterpartikel 170 auf, die konfiguriert sind, den Träger 102 in Bezug auf die Komponente 106 um einen Abstand d (der auch als Klebschichtabstand (bond line distance) bezeichnet werden kann) von zum Beispiel 20 µm auf Abstand zu halten. Dies kann verwirklicht werden, indem die Abstandhalterpartikel 170 konfiguriert werden, dass sie einen Durchmesser D von zum Beispiel mindestens 30 µm haben. Der Durchmesser D der kugelförmigen Abstandhalterpartikel 170 hat eine signifikante Auswirkung auf den Mindestabstand d, auch wenn es nicht erforderlich ist (aber sein kann), dass d und D völlig identisch sind (zum Beispiel auf Grund eines leichten Neigungsphänomens). Auch wenn andere Abmessungen D der Abstandhalterpartikel 170 möglich sind, sollte D vorzugsweise nicht signifikant unter 10 µm liegen, um eine höchst unerwünschte Delamination zwischen der Komponente 106 und dem Träger 102 im Bereich ihres dünnsten Verbindungsteilbereichs effektiv zu unterdrücken. Andererseits sollten die Abstandhalterpartikel 170 keinen Durchmesser D von signifikant über 200 µm haben, da dies eine unerwünschte Auswirkung auf die Homogenität der Verbindungsstruktur 108 haben kann, die Bildung von Hohlräumen verursachen kann, etc.. Zusätzlich zu den Abstandhalterpartikeln 170 kann die Verbindungsstruktur 108 einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweisen. Letzterer ist hier als ein elektrisch isolierender Klebstoff 130 (zum Beispiel ein auf Epoxy basierender Klebstoff) mit Plättchen bzw. Schuppen (flakes) von elektrisch leitfähigen Partikel 132 (zum Beispiel aus Silber) darin (siehe Detail 177) ausgestaltet. Die Klebstoff 130 kann durch Aushärten gehärtet werden. Die elektrisch leitfähigen Partikel 132 haben eine unregelmäßige Form und viel kleinere Durchmesser als die Abstandhalterpartikel 170.
  • Darüber hinaus weist das Package 100 einen elektronischen Chip 112 auf (wie zum Beispiel ein ASIC, anwendungsspezifische integrierte Schaltung), der auch auf dem Träger 102 montiert ist mittels einer weiteren elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 155. Letztere kann zum Beispiel eine Lötverbindung sein oder eine Verbindung durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff. Alternativ kann die weitere elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur 155 als die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur 108 verkörpert sein, d.h. mit Abstandhalterpartikeln 170. Wie 1 entnommen werden kann, sind die Komponente 106 und der elektronische Chip 112 lateral (seitlich) voneinander beabstandet an verschiedenen Abschnitten 114, 116 des Trägers 102 montiert. In einer Anwendung kann der elektronische Chip 112 ein magnetischer Sensorchip sein, der in der Lage ist, ein Magnetfeld in einer Umgebung auf der Basis des Hall-Effekts zu erfassen. Wenn ein magnetisches Element (nicht gezeigt), das durch den elektronischen Chip 112 erfasst werden soll, in eine ausreichende räumliche Nähe zu dem elektronischen Chip 112 gebracht wird, kann durch den elektronischen Chip 112 ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt werden. Durch das Signal kann die Anwesenheit der magnetischen Elemente elektrisch detektiert werden. Um die Qualität des erfassten Signals zu verbessern, kann das Signal über den Träger 102 zu der Komponente 106, die als ein keramischer Kondensator ausgestaltet ist, transportiert werden. Die Komponente 106 kann das elektrische Signal glätten und es dadurch verbessern.
  • Das Package 100 weist ferner ein Verkapselungsmittel 110 auf, das zum Beispiel eine Moldverbindung sein kann. Das Verkapselungsmittel 110 kann die passive Komponente 106, die Verbindungsstruktur 108, den elektronischen Chip 112 und zumindest einen Teil des Trägers 102 verkapseln.
  • Verschiedene Ausführungsformen der Abstandhalterpartikel 170 sind möglich, wie schematisch in einem Detail 190 in 1 angezeigt. Zum Beispiel können die Abstandhalterpartikel 170 voll elektrisch leitfähige Abstandhalterpartikel 170 sein (vgl. Bezugszeichen 192). In solch einer Ausführungsform können die Abstandhalterpartikel 170 zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verbindungsstruktur 108 beitragen, so dass selbst ein elektrisch isolierender Klebstoff 130 verwendet werden kann und auf die elektrisch leitfähigen Füllstoffpartikel 132 sogar verzichtet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform können voll elektrisch isolierende Abstandhalterpartikel 170 verwendet werden, siehe Bezugszeichen 194. Solch eine Ausführungsform kann vorteilhaft sein (da es den Gestaltungsspielraum bei der Auswahl des Materials der Abstandhalterpartikel 170 erhöht), wenn die Abstandhalterpartikel 170 auch eine weitere Funktion erfüllen sollen, zum Beispiel wenn sie eine hohe thermische Leitfähigkeit zur Abfuhr von Wärme haben sollen. In der letztgenannten Ausführungsform soll der Klebstoff 130 elektrisch leitfähig sein (d.h. der Klebstoff 130 selbst und/oder elektrisch leitfähige Partikel 132 darin), um für eine elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsstruktur 108 als Ganzes zu sorgen. Somit können die Abstandhalterpartikel 170 aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können Abstandhalterpartikel 170 implementiert werden, die einen elektrisch isolierenden Kern 172 (mit einer frei einstellbaren Funktion, zum Beispiel thermische Leitfähigkeit) und eine elektrisch leitfähige Beschichtung 174 haben, die den Kern 172 bedeckt oder beschichtet. In der letztgenannten Ausführungsform können die Abstandhalterpartikel 170 auch zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verbindungsstruktur 108 beitragen. Somit kann ein dielektrischer Kern 172 durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung 174, wie zum Beispiel eine metallische Schicht, bedeckt sein. Die metallische Schicht kann durch Plattieren bzw. galvanisches Beschichten gebildet werden. Die letztgenannte Ausführungsform kann auch ein gegenüber hohen Temperaturen stabiles dielektrisches Material verwenden, das einen Teil der Abstandhalterpartikel 170 bildet. Letzteres kann zusätzlich zu der elektrischen Verbindung zwischen der Komponente 106 und dem Träger 102 auf Grund der Beschichtung 174 beitragen.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 1 ist die Komponente 106 mit einem definierten Mindestabstand von mindestens 20 µm auf dem Träger 102 montiert mit der Verbindungsstruktur 108 dazwischen. Die gesamte Lücke bzw. der gesamte Spalt zwischen der Komponente 106 und dem Träger 102 ist durchgängig mit der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 108 gefüllt. Wie 1 entnommen werden kann, sind manche der Abstandhalterpartikel 170 zwischen dem Träger 102 und der Komponente 106 gelegen und halten daher einen Mindestabstand d dazwischen aufrecht, während sie gleichzeitig eine im Wesentlichen neigungsfreie Montage der Komponente 106 auf dem Träger 102 sicherstellen.
  • Auf demselben Träger 102 ist der elektronische Chip 112 montiert. Während des Betriebs misst der elektronische Chip 112, der als ein magnetischer Hall-Sensor ausgestaltet ist, ein magnetisches Element in einer Umgebung und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal, das die Anwesenheit des magnetischen Elements anzeigt. Dieses elektrische Signal wird durch die Komponente 106 vom Typ Kondensator geglättet.
  • Die Zuverlässigkeit des in 1 gezeigten Packages ist sehr hoch, selbst wenn eine grüne moldartige Verbindung als Verkapselungsmittel 110, das die Komponente 106 und den elektronischen Chip 112 verkapselt, verwendet wird.
  • 2 zeigt Querschnittsansichten eines herkömmlichen Packages 206, das durch Delamination zu Schaden kommt.
  • Im Speziellen veranschaulicht 2 eine Komponente 200, die auf einem Träger 202 montiert ist mit einer Verbindungsstruktur 204 dazwischen. Das beschriebene Package 206 ist durch ein grünes moldartiges Verkapselungsmittel 210 verkapselt. Wie 2 entnommen werden kann, tritt eine substantielle Delamination (vgl. Bezugszeichen 220) zwischen der Komponente 200 und dem Träger 202 auf, selbst in Abwesenheit von einer thermischen zyklischen Belastung oder einem Erhitzen des Packages 206 auf eine hohe Temperatur zum Simulieren von rauen Bedingungen während der praktischen Benutzung des Packages 206. Daher ist das in 2 gezeigte Package 206 nicht geeignet zum Beispiel für anspruchsvolle Anwendungen im Automobilbereich.
  • 3 zeigt Querschnittsansichten eines gegenüber Delamination robusten Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Im Vergleich zu 2 zeigt 3 entsprechende Messungen, die mit einem Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform durchgeführt wurden. Querschnitte von kreisförmigen Abstandhalterpartikeln 170 sind in 3 gezeigt. Sie haben eine Größe von zum Beispiel 30 µm Dicke und halten daher einen substantiellen Abstand zwischen der Komponente 106 und dem Abstandhalter bzw. dem Träger 102 von zum Beispiel mindestens 20 µm aufrecht. Es sollte erwähnt werden, dass die Querschnitte der in 3 gezeigten Abstandhalterpartikeln 170 nicht notwendigerweise die Abstandhalterpartikel 170 mit ihrer maximalen Dicke zeigen, da die Orientierung und Position der Abstandhalterpartikel 170 willkürlich ist, so dass die gezeigten Querschnittsansichten sie nicht notwendigerweise an ihrem vollen Durchmesser schneiden. Wie 3 entnommen werden kann (siehe Bezugszeichen 179), tritt keine Delamination auf, wenn die Abstandhalterpartikel 170 zu dem elektrisch isolierenden Klebstoff 130 mit geschredderten Silberpartikeln 132 darin zugegeben wurden. Dies gilt nicht nur für den belastungsfreien Zustand des Packages 100, bei dem das herkömmliche Package 206 von 2 bereits versagt hat, sondern dieser Schutz vor Delamination wird beibehalten, wenn eine Belastung mit hoher Temperatur oder Temperaturzyklen auf das Package 100 angewendet werden.
  • 4 zeigt Ergebnisse einer Simulation bezüglich der mechanischen Last, die auf ein herkömmliches Package 206, wie das in 2 gezeigte, das durch Delamination zu Schaden kommt, wirkt.
  • Auf der linken Seite von 4 (siehe A) kann eine dreidimensionale Ansicht des modellierten Packages 210 gesehen werden. Das Bild von 4 in der Mitte (siehe B) betrifft die Oberseite des Klebstoffs, während das Bild von 4 auf der rechten Seite (siehe C) die Unterseite des Klebstoffs betrifft. Es ist ersichtlich, dass die maximale Belastung an der Oberseite des Klebstoffs angewendet wird.
  • 5 zeigt Ergebnisse einer Simulation bezüglich der mechanischen Last, die auf ein gegenüber Delamination robustes Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wirkt.
  • Im Gegensatz zu 4 zeigen dementsprechend die Simulationen, die für das Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform durchgeführt wurden, dass die Belastung und damit die Delaminationstendenz in den beispielhaften Ausführungsformen signifikant reduziert werden kann. Die drei Bilder (siehe A, B, C) von 5 entsprechen den jeweiligen drei Bildern (siehe A, B, C) von 4. Wie in dem mittleren Bild (siehe B) von 5 ersichtlich ist, bleibt die Oberseite des Klebstoffs unter ihrem Bruchgrenzwert.
  • 6 zeigt Querschnittsansichten eines gegenüber Delamination robusten Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, nachdem Belastung angewendet wurde. Diese Belastung war eine Temperatur von 170 °C über 500 Stunden. Wie 6 entnommen werden kann, haben die Abstandhalterpartikel 170 eine Delamination verhindert, so dass der Stresstest bestanden wurde. Eine Klebstoffdicke von 30 µm ist beibehalten. Somit kann eine signifikant reduzierte Tendenz zur Delamination erreicht werden. Darüber hinaus bringt es ein geringeres Risiko einer Migration von Silber mit sich, da keine Delamination in einem kritischen Bereich auftritt.
  • Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „aufweisend“ (oder „umfassend“) nicht andere Elemente oder Merkmale ausschließt, und dass der Ausdruck „ein“, „eine“, „eines“ oder „einer“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden.

Claims (16)

  1. Ein magnetisches Sensor-Package (100), das Folgendes aufweist: • einen vollständig elektrisch leitfähigen Träger (102); • eine passive Komponente (106), die auf dem Träger (102) montiert ist; • eine zumindest teilweise elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur (108), die den Träger (102) mit der Komponente (106) elektrisch verbindet und die Abstandhalterpartikel (170) aufweist, die konfiguriert sind, den Träger (102) in Bezug auf die Komponente (106) auf Abstand zu halten; • wobei die Verbindungsstruktur (108) einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweist, in dem die Abstandhalterpartikel (170) eingebettet sind; • wobei ein Abstandhaltermaterial der Abstandhalterpartikel (170) polymerisch ist; und • wobei der Träger (102) einen ersten Trägerabschnitt (142) und einen zweiten Trägerabschnitt (144) aufweist, die durch eine Aussparung (146) getrennt sind, wobei die Komponente (106) einen ersten Oberflächenteilbereich (148) aufweist, der mit dem ersten Trägerabschnitt (142) durch einen ersten Teilbereich (150) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Oberflächenteilbereich (152) aufweist, der mit dem zweiten Trägerabschnitt (144) durch einen separaten zweiten Teilbereich (156) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist; und • wobei das magnetische Sensor-Package ferner einen elektronischen Chip (112) aufweist, der auf dem Träger (102) montiert ist.
  2. Das Package (100) gemäß Anspruch 1, das mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: • wobei die Abstandhalterpartikel (170) einen Durchmesser (D) von mindestens 10 µm, insbesondere von mindestens 30 µm, haben; • wobei die Abstandhalterpartikel (170) einen Durchmesser (D) von nicht mehr als 200 µm haben.
  3. Das Package (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Abstandhalterpartikel (170) eine im Wesentlichen kugelförmige Form haben.
  4. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zumindest teilweise elektrisch leitfähige Klebstoff ein elektrisch isolierender Klebstoff (130) mit elektrisch leitfähigen Partikeln (132) darin ist.
  5. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abstandhalterpartikel (170) mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus voll elektrisch leitfähigen Abstandhalterpartikeln (170), voll elektrisch isolierenden Abstandhalterpartikeln (170) und Abstandhalterpartikeln (170), die einen elektrisch isolierenden Kern (172) und eine elektrisch leitfähige Beschichtung (174), die zumindest teilweise den Kern (174) bedeckt, haben, aufweisen.
  6. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Mindestabstand (d) zwischen dem Träger (102) und der Komponente (106) durch die Abstandhalterpartikel (170) bei mindestens 20 µm beibehalten wird.
  7. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Komponente (106) eine oberflächenmontierte Gerätekomponente ist.
  8. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Träger (102) ein Leadframe ist.
  9. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend ein Verkapselungsmittel (110), das die Komponente (106), die Verbindungsstruktur (108) und einen Teil des Trägers (102) verkapselt.
  10. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Mindestabstand (d) zwischen dem Träger (102) und der Komponente (106) durch einen Durchmesser (D) der Abstandhalterpartikel (170) definiert ist.
  11. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, konfiguriert als ein System-in-Package.
  12. Ein magnetisches Sensor-Package (100), das Folgendes aufweist: • einen plattenartigen Träger (102), der einen ersten Trägerabschnitt (142) und einen zweiten Trägerabschnitt (144) aufweist, die durch eine Aussparung (146) getrennt sind; • eine passive Komponente (106), die einen ersten Oberflächenteilbereich (148) aufweist, der mit dem ersten Trägerabschnitt (142) durch einen ersten Teilbereich (150) einer Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist, und die einen zweiten Oberflächenteilbereich (152) aufweist, der mit dem zweiten Trägerabschnitt (144) durch einen zweiten Teilbereich (156) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist; • die Verbindungsstruktur (108), die konfiguriert ist, den Träger (102) in Bezug auf die Komponente (106) durch Beibehalten eines Mindestabstands (d) von mindestens 10 µm auf Abstand zu halten; • ein Verkapselungsmittel (110), das zumindest einen Teil der Komponente (106) verkapselt; • wobei die Verbindungsstruktur (108) einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweist, in dem die Abstandhalterpartikel (170) eingebettet sind; • wobei ein Abstandhaltermaterial der Abstandhalterpartikel (170) polymerisch ist; und • wobei der Träger (102) vollständig elektrisch leitfähig ist; und • wobei das magnetische Sensor-Package ferner einen elektronischen Chip (112) aufweist, der auf dem Träger (102) montiert ist.
  13. Das Package (100) gemäß Anspruch 12, wobei die Verbindungsstruktur (108) Abstandhalterpartikel (170) mit einem Durchmesser (D), der den Mindestabstand (d) definiert, aufweist.
  14. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die Verbindungsstruktur (108) den Träger (102) in Bezug auf die Komponente (106) um einen Mindestabstand (d) von mindestens 20 µm, insbesondere von mindestens 30 µm, auf Abstand hält.
  15. Ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Sensor-Packages (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Montieren einer passiven elektronischen Komponente (106) auf einem vollständig elektrisch leitfähigen Träger (102); • Bilden einer zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur (108), die den Träger (102) mit der Komponente (106) elektrisch verbindet und die Abstandhalterpartikel (170) aufweist, die den Träger (102) in Bezug auf die Komponente (106) auf Abstand halten; • wobei die Verbindungsstruktur (108) einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweist, in dem die Abstandhalterpartikel (170) eingebettet sind; • wobei ein Abstandhaltermaterial der Abstandhalterpartikel (170) polymerisch ist; und • wobei der Träger (102) einen ersten Trägerabschnitt (142) und einen zweiten Trägerabschnitt (144) aufweist, die durch eine Aussparung (146) getrennt sind, wobei die Komponente (106) einen ersten Oberflächenteilbereich (148) aufweist, der mit dem ersten Trägerabschnitt (142) durch einen ersten Teilbereich (150) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Oberflächenteilbereich (152) aufweist, der mit dem zweiten Trägerabschnitt (144) durch einen separaten zweiten Teilbereich (156) der Verbindungsstruktur (108) elektrisch verbunden ist; • das Verfahren ferner aufweisend ein Montieren eines elektronischen Chips auf dem elektrisch leitfähigen Träger.
  16. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die passive Komponente (106) auf dem Träger (102) oberflächenmontiert ist.
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