DE-102025145133-A1 - HALBLEITER-PACKAGING MIT EINGEBETTETER VORRICHTUNG UND UMVERTEILUNGSSCHICHT

Abstract

Ein Halbleiter-Package kann einen Halbleiter-Die einschließen, der auf einem ersten Substrat angeordnet ist und mindestens einen ersten Kontakt auf einer ersten Seite und mindestens einen zweiten Kontakt auf einer zweiten Seite aufweist, die der ersten Seite gegenüberliegt. Ein Isolator, beispielsweise ein Dielektrikum, kann den Halbleiter-Die verkapseln. Auf dem ersten Substrat kann ein zweites Substrat mit dem dazwischenliegenden Halbleiter-Die angeordnet sein. Sowohl das erste als auch das zweite Substrat können einen darin ausgebildeten Hohlraum aufweisen, und der Halbleiter-Die kann in einem oder beiden Hohlräumen angeordnet sein. Durchkontaktierungen durch das erste Substrat, das Dielektrikum und/oder das zweite Substrat können verwendet werden, um eine Verbindung zu dem Halbleiter-Die herzustellen, wodurch die Bildung einer Umverteilungsschicht ermöglicht wird. Anstelle des Halbleiter-Dies und der zugehörigen Kontakte können auch magnetische Elemente und die zugehörigen Wicklungen verwendet werden.

Inventors

• Dinesh Ramanathan
• Anders Soren Lind
• Vijay B. Rentala
• Christopher Lee Tessler
• Michael J. Seddon
• Gabrielle Robert
• Jorge Lubguban

Assignees

• SEMICONDUCTOR COMPONENTS INDUSTRIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251103

Priority Date

20251031

Claims (20)

1. Halbleiter-Package, umfassend: ein Substrat; einen Halbleiter-Die, der auf dem Substrat angeordnet ist und mindestens einen ersten Kontakt auf einer ersten Seite und mindestens einen zweiten Kontakt auf einer zweiten Seite aufweist, die der ersten Seite gegenüberliegt; ein dielektrisches Verkapselungsmaterial, das den Halbleiter-Die verkapselt und darin ausgebildete Durchkontaktierungen aufweist; und eine Umverteilungsschicht, die auf dem dielektrischen Verkapselungsmaterial ausgebildet ist und über die Durchkontaktierungen mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt verbunden ist.
2. Halbleiter-Package nach Anspruch 1 , ferner umfassend eine leitfähige Schicht, die elektrisch mit dem zweiten Kontakt verbunden ist und zwischen dem zweiten Kontakt und dem Substrat angeordnet ist, wobei die leitfähige Schicht über mindestens eine der Durchkontaktierungen elektrisch mit der Umverteilungsschicht verbunden ist.
3. Halbleiter-Package nach Anspruch 1 , ferner umfassend einen in dem Substrat ausgebildeten Hohlraum, wobei der Halbleiter-Die innerhalb des Hohlraums angeordnet ist.
4. Halbleiter-Package nach Anspruch 1 , ferner umfassend: ein zweites Substrat, das aus Halbleitermaterial gebildet ist und auf dem dielektrischen Verkapselungsmaterial angeordnet ist, wobei das zweite Substrat darin ausgebildete zweite Durchkontaktierungen aufweist, wobei die Umverteilungsschicht auf dem zweiten Substrat ausgebildet ist und über die Durchkontaktierungen und die zweiten Durchkontaktierungen mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt verbunden ist.
5. Halbleiter-Package nach Anspruch 1 , ferner umfassend: einen zweiten Halbleiter-Die, der auf der Umverteilungsschicht angeordnet ist; ein zweites dielektrisches Verkapselungsmaterial, das auf der Umverteilungsschicht ausgebildet ist und den zweiten Halbleiter-Die verkapselt, wobei das zweite dielektrische Verkapselungsmaterial darin ausgebildete zweite Durchkontaktierungen aufweist; und eine zweite Umverteilungsschicht, die auf dem zweiten dielektrischen Verkapselungsmaterial ausgebildet ist und über die Durchkontaktierungen und die zweiten Durchkontaktierungen mit dem Halbleiter-Die verbunden ist und über die zweiten Durchkontaktierungen mit dem zweiten Halbleiter-Die verbunden ist.
6. Halbleiter-Package nach Anspruch 1 , ferner umfassend: ein aus Halbleitermaterial gebildetes zweites Substrat; einen zweiten Halbleiter-Die, der auf einer ersten Seite des zweiten Substrats, die dem Halbleiter-Die zugewandt ist, angeordnet ist; ein zweites dielektrisches Verkapselungsmaterial, das den zweiten Halbleiter-Die zumindest teilweise verkapselt; zweite Durchkontaktierungen, die durch das zweite dielektrische Verkapselungsmaterial ausgebildet sind, wobei der Halbleiter-Die und der zweite Halbleiter-Die über die zweiten Durchkontaktierungen verbunden sind; dritte Durchkontaktierungen, die durch die zweite dielektrische Verkapselung und durch das zweite Substrat ausgebildet sind; vierte Durchkontaktierungen, die durch das zweite Substrat ausgebildet sind; und eine zweite Umverteilungsschicht, die zumindest teilweise auf einer zweiten Seite des zweiten Substrats ausgebildet ist, die der ersten Seite des zweiten Substrats gegenüberliegt, und die mit der Umverteilungsschicht und dem zweiten Halbleiter-Die über die zweiten Durchkontaktierungen, die dritten Durchkontaktierungen und die vierten Durchkontaktierungen verbunden ist.
7. Halbleiter-Package nach Anspruch 1 , ferner umfassend: ein zweites Substrat mit einem darin ausgebildeten Hohlraum, wobei das Substrat innerhalb des Hohlraums positioniert ist.
8. Halbleiter-Package, umfassend: ein erstes Substrat; einen Halbleiter-Die, der auf dem ersten Substrat angeordnet ist; ein zweites Substrat mit einem darin ausgebildeten Hohlraum, wobei der Hohlraum einen ersten Abschnitt des zweiten Substrats mit einer ersten Tiefe und einen zweiten Abschnitt des zweiten Substrats mit einer zweiten Tiefe definiert, die größer ist als die erste Tiefe, und wobei das zweite Substrat an dem ersten Substrat durch den zweiten Abschnitt des zweiten Substrats angebracht ist und wobei der Halbleiter-Die innerhalb des Hohlraums angeordnet ist; eine Durchkontaktierung, die durch den ersten Abschnitt des zweiten Substrats ausgebildet ist; und einen Kontakt, der auf dem zweiten Substrat angeordnet und mit dem Halbleiter-Die über die Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist.
9. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , wobei die Durchkontaktierung eine zweite Durchkontaktierung ist, der Kontakt ein zweiter Kontakt ist und ferner umfassend: eine erste Durchkontaktierung, die durch das erste Substrat ausgebildet ist; und einen ersten Kontakt, der auf dem ersten Substrat angeordnet und über die erste Durchkontaktierung elektrisch mit dem Halbleiter-Die verbunden ist.
10. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , ferner umfassend: eine zweite Durchkontaktierung, die durch den zweiten Abschnitt des zweiten Substrats ausgebildet ist; eine Metallschicht, die zwischen dem Halbleiter-Die und dem ersten Substrat ausgebildet ist und sich zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Abschnitt des zweiten Substrats erstreckt; und eine auf dem zweiten Substrat ausgebildete ist Umverteilungsschicht, die den Kontakt und einen zweiten Kontakt, der über die zweite Durchkontaktierung elektrisch mit der Metallschicht verbunden ist, einschließt.
11. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , wobei der Hohlraum ein zweiter Hohlraum ist und ferner umfassend: einen ersten Hohlraum, der in dem ersten Substrat ausgebildet und mit dem zweiten Hohlraum ausgerichtet ist, um einen kombinierten Hohlraum zu bilden, wobei die Halbleiter-Die innerhalb des kombinierten Hohlraums angeordnet ist.
12. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , ferner umfassend: einen ersten Metallanbringungspunkt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat; einen zweiten Metallanbringungspunkt zwischen dem Halbleiter-Die und dem zweiten Substrat; und einen dritten Metallanbringungspunkt zwischen dem Halbleiter-Die und dem ersten Substrat.
13. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , ferner umfassend: eine erste Metallschicht, die sich durch das erste Substrat und parallel zu einer Oberfläche des Halbleiter-Dies erstreckt und elektrisch mit dem Halbleiter-Die verbunden ist; eine zweite Metallschicht, die den Kontakt einschließt und die sich durch das zweite Substrat und parallel zur Oberfläche des Halbleiter-Dies erstreckt; eine zweite Durchkontaktierung, die durch den zweiten Abschnitt des zweiten Substrats ausgebildet ist; eine dritte Durchkontaktierung, die durch das erste Substrat ausgebildet ist; und eine Umverteilungsschicht, die auf dem ersten Substrat zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ausgebildet ist, die mit der ersten Metallschicht mittels der dritten Durchkontaktierung und mit der zweiten Metallschicht mittels der zweiten Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist.
14. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , wobei das zweite Substrat ein Halbleitersubstrat einschließt und ferner umfassend ein elektronisches Element, das in dem zweiten Substrat ausgebildet ist und mittels des Kontakts mit dem Halbleiter-Die verbunden ist.
15. Halbleiter-Package nach Anspruch 8 , wobei mindestens eines von dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ein Halbleitersubstrat einschließt und ferner umfassend ein mikroelektromechanisches Systemelement, das in mindestens einem von dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ausgebildet ist und mittels des Kontakts mit dem Halbleiter-Die verbunden ist.
16. Halbleiter-Package nach Anspruch 15 , wobei der Halbleiter-Die und das mikroelektromechanische Systemelement kombiniert sind, um ein Relais bereitzustellen.
17. Halbleiter-Package, umfassend: ein Substrat mit einem darin ausgebildeten Hohlraum; ein magnetisches Element, das in dem Hohlraum angeordnet ist; eine metallische Wicklung, die auf dem Substrat angeordnet ist und das magnetische Element umgibt; ein dielektrisches Verkapselungsmaterial, das das magnetische Element und die metallische Wicklung verkapselt; und einen Kontakt, der über eine in dem dielektrischen Verkapselungsmaterial ausgebildete Durchkontaktierung elektrisch mit der metallischen Wicklung verbunden ist.
18. Halbleiter-Package nach Anspruch 17 , wobei das magnetische Element einen zylindrischen Eisen(II)-Puck einschließt.
19. Halbleiter-Package nach Anspruch 17 , wobei die metallische Wicklung strukturierte Metallschichten umfasst, die sich in mindestens zwei Windungen um das magnetische Element winden.
20. Halbleiter-Package nach Anspruch 17 , wobei die metallische Wicklung einen inneren Anschluss in der Nähe einer Kante des magnetischen Elements aufweist und spiralförmig zu einem äußeren Anschluss distal vom magnetischen Element verläuft.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/715.912, eingereicht am 4. November 2024, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/736.415, eingereicht am 19. Dezember 2024, und der gleichzeitig hiermit eingereichten nicht vorläufigen US-Anmeldung xx/xxx.xxx mit dem Titel „Semiconductor Module with Power Bridge for Integrated Die Interconnection“, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen werden. TECHNISCHES GEBIET Diese Beschreibung bezieht sich auf das Packaging von Halbleitervorrichtungen. STAND DER TECHNIK Herkömmliche Packaging-Techniken für Halbleitervorrichtungen weisen eine Reihe von Defiziten auf. Solche Defizite sind im Kontext des Packaging von Halbleiter-Leistungsvorrichtungen besonders problematisch, da solche Vorrichtungen in der Regel mehrere Anforderungen aufweisen, die von einer ausgewählten Packaging-Technik gleichzeitig erfüllt werden müssen. Beispielsweise erfordern Halbleiter-Leistungsvorrichtungen häufig einen Betrieb unter hoher Spannung und hoher Temperatur, wodurch aus Sicherheitsgründen eine Hochspannungsisolierung und eine hohe Wärmeleitfähigkeit für die Wärmeübertragung auf einen oder mehrere Kühlkörper erforderlich sind. Das Packaging von Leistungsvorrichtungen soll oft kostengünstig und klein sein, was die Schwierigkeiten bei der Erfüllung der Spannungs-/Wärmeanforderungen noch verschärft. In einem speziellen Beispiel ist es wünschenswert, Halbleitermodule für Traktionsumrichter für Elektrofahrzeuge mit einem niedrigen Einschaltwiderstand über viele parallele Vorrichtungen hinweg zusammen mit geringen Schaltungsparasitäten bereitzustellen, während die vorstehend genannten Anforderungen hinsichtlich niedriger Kosten, kleiner Größe und Spannungs-/Wärmemanagement beibehalten werden. In einem weiteren speziellen Beispiel haben Rechenzentren mit künstlicher Intelligenz (KI) einen hohen Energiebedarf, aber die derzeitigen Packaging-Techniken leiden unter Problemen, wie z. B. der Komplexität, die mit dem Multi-Chip-Packaging auf kleiner Grundfläche verbunden ist (verschärft durch den Einsatz der Flip-Chip-Technologie), der schlechten Wärmeleitfähigkeit der für die Verkapselung verwendeten Formmassen und dem unerwünscht großen Packaging-Volumen, das durch die Einbeziehung von Bonddrähten verursacht wird. Neuere Ansätze versuchen, die vorgenannten und damit verbundenen Herausforderungen zu lösen, wie z. B. Ansätze, bei denen Leiterplatten (PCB) eingebettet werden. Diese Ansätze können jedoch teuer und komplex sein und lösen die bestehenden Herausforderungen dennoch nicht zufriedenstellend. Beispielsweise erfordert das Einbetten von Leiterplatten in der Regel teure Laserbohrungen für Durchkontaktierungen, während gleichzeitig eine unzureichende Kühlung geboten wird. KURZDARSTELLUNG Gemäß einem allgemeinen Aspekt schließt ein Halbleiter-Package ein Substrat, einen Halbleiter-Die, der auf dem Substrat angeordnet ist und mindestens einen ersten Kontakt auf einer ersten Seite und mindestens einen zweiten Kontakt auf einer zweiten Seite aufweist, die der ersten Seite gegenüberliegt, ein dielektrisches Verkapselungsmaterial, das den Halbleiter-Die verkapselt und darin ausgebildete Durchkontaktierungen aufweist, und eine Umverteilungsschicht, die auf dem dielektrischen Verkapselungsmaterial ausgebildet ist und über die Durchkontaktierungen mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt verbunden ist, ein. Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt schließt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Packages das Bereitstellen eines Halbleiter-Dies auf einem Substrat, wobei der Halbleiter-Die mindestens einen ersten Kontakt auf einer ersten Seite und mindestens einen zweiten Kontakt auf einer zweiten Seite aufweist, die der ersten Seite gegenüberliegt, das Verkapseln des Halbleiter-Dies mit einem dielektrischen Verkapselungsmaterial, das Bilden von Durchkontaktierungen in dem dielektrischen Verkapselungsmaterial und das Bilden einer Umverteilungsschicht auf dem dielektrischen Verkapselungsmaterial, die über die Durchkontaktierungen mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt verbunden ist, ein. Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt schließt ein Halbleiter-Package ein erstes Substrat, einen auf dem ersten Substrat angeordneten Halbleiter-Die, ein zweites Substrat mit einem darin ausgebildeten Hohlraum, wobei der Hohlraum einen ersten Abschnitt des zweiten Substrats mit einer ersten Tiefe und einen zweiten Abschnitt des zweiten Substrats mit einer zweiten Tiefe definiert, die größer ist als die erste Tiefe, und wobei das zweite Substrat an dem ersten Substrat durch den zweiten Abschnitt des zweiten Substrats angebracht ist und wobei der Halbleiter-Die innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, eine Durchkontaktierung, die durch den ersten Abschnitt des zweiten Substrats gebildet ist, und einen Kontakt, der auf dem zweiten Substrat angeordnet ist und über die Durchkontaktierung elektrisch mit dem Halb