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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Package, eine Anordnung, ein Verfahren zum Herstellen eines Packages und ein Verfahren zur Verwendung.
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Ein Package kann eine elektronische Komponente aufweisen, beispielsweise einen Halbleiterchip, welcher auf einem Träger montiert ist, beispielsweise einem Leiterrahmen. Packages können als eingekapselte elektronische Komponente verkörpert sein, welche auf einem Träger mit elektrischen Verbindungen montiert ist, welche sich aus der Einkapselung heraus erstrecken und mit einer elektronischen Peripherie gekoppelt sind.
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Allerdings haben Packages eine begrenzte Lebensdauer, wenn sie unter rauen Bedingungen verwendet werden.
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Zusammenfassung
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Es mag ein Bedarf für ein Package mit verlängerter Lebensdauer bestehen, selbst wenn es unter rauen Bedingungen verwendet wird.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, welches einen Träger, eine elektronische Komponente, welche auf dem Träger montiert ist, und eine Einkapselung aufweist, welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente und nur einen Teil des Trägers einkapselt, so dass ein anderer freiliegender Teil des Trägers in Bezug auf die Einkapselung freiliegend ist, wobei der freiliegende Teil des Trägers eine elektrische Verbindungsstruktur und eine Korrosionsschutzstruktur aufweist, und wobei eine der elektrischen Verbindungsstruktur und der Korrosionsschutzstruktur selektiv nur auf einem Teilabschnitt von der anderen der elektrischen Verbindungsstruktur und der Korrosionsschutzstruktur außerhalb der Einkapselung gebildet ist.
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Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist eine Anordnung bereitgestellt, welche eine Montierstruktur (beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte, PCB) und ein Package aufweist, welches die vorangehend genannten Merkmale hat und auf der Montierstruktur montiert ist, so dass die elektrische Verbindungsstruktur mit der Montierstruktur elektrisch verbunden ist.
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Gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Packages bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Montieren einer elektronischen Komponente auf einem Träger, ein Einkapseln von zumindest einem Teil der elektronischen Komponente und nur einem Teil des Trägers mittels einer Einkapselung, so dass ein anderer freiliegender Teil des Trägers in Bezug auf die Einkapselung freiliegend ist, und ein Bilden des freiliegenden Teils des Trägers mit einer elektrischen Verbindungsstruktur und mit einer Korrosionsschutzstruktur aufweist, so dass eine der elektrischen Verbindungsstruktur und der Korrosionsschutzstruktur selektiv nur auf einem Teilabschnitt der anderen der elektrischen Verbindungsstruktur und der Korrosionsschutzstruktur außerhalb der Einkapselung gebildet ist.
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Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Package, welches die vorangehend genannten Merkmale hat, für eine Außenanwendung in einer korrosiven Umgebung verwendet.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package mit einer eingekapselten elektronischen Komponente auf einem Träger bereitgestellt, wobei der Träger sich mit einem freiliegenden Teil davon teilweise über die Einkapselung hinaus erstreckt. Der freiliegende Teil des Trägers weist eine elektrische Verbindungsstruktur zum elektrischen Verbinden des Packages mit einer elektronischen Umgebung auf und weist eine Korrosionsschutzstruktur zum Schützen der elektrischen Verbindungsstruktur gegen Korrosion auf, d. h. zum Inhibieren, Verhindern oder sogar Unterbinden der Korrosion der elektrischen Verbindungsstruktur.
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Die elektrische Verbindungsstruktur und die Korrosionsschutzstruktur sind teilweise aufeinander gebildet, um in Bezug aufeinander räumlich nahe zu sein, um dadurch einen effizienten Korrosionsschutz der elektrischen Verbindungsstruktur zu erreichen. Allerdings kann durch das nur selektive Bedecken nur eines Teils einer der Strukturen mit der anderen Struktur sichergestellt werden, dass sowohl die Korrosionsschutzstruktur als auch die elektrische Verbindungsstruktur gegenüber einer Umgebung außerhalb der Einkapselung freiliegend bleiben. Dies kann die elektrische Konnektivität des Packages in Bezug auf die elektronische Peripherie vereinfachen und verbessern. Somit kann die elektrische Zuverlässigkeit des Packages signifikant verbessert werden, während gleichzeitig ein effektiver Korrosionsschutz bereitgestellt wird.
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Als Ergebnis kann ein korrosionsstabiles Package bereitgestellt sein. Insbesondere kann ein Halbleiterpackage mit metallischen Leitern aus einem ersten Metall bereitgestellt sein, welche als elektrische Verbindungsstruktur funktionieren, welche in elektrischem Kontakt mit einem zweiten Metall sind, welches als Elektronendonator gegenüber dem ersten Metall, und somit als Korrosionsschutzstruktur funktioniert.
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Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
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Im Folgenden sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages, der Anordnung und der Verfahren erläutert.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Package“ insbesondere eine elektronische Vorrichtung bezeichnen, welche eine oder mehrere elektronische Komponenten aufweist, welche auf einen Träger montiert sind und optional unter Verwendung einer Einkapselung verpackt sind. Ferner können optional ein oder mehrere elektrisch leitfähige Kontaktelemente (beispielsweise Bonddrähte oder Klemmen) in einem Package implementiert sein, beispielsweise zum elektrischen Koppeln der elektronischen Komponente mit dem Träger.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine (bevorzugt, aber nicht notwendigerweise elektrisch leitfähige) Stützstruktur bezeichnen, welche als eine mechanische Stütze für die eine oder mehreren elektronischen Komponenten dient und welche auch zu der elektrischen Verbindung zwischen der elektronischen Komponente(n) und der Peripherie des Packages beitragen kann. In anderen Worten kann der Träger eine mechanische Stützfunktion und eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronische Komponente“ insbesondere einen Halbleiterchip (insbesondere einen Leistungshalbleiterchip), eine aktive elektronische Vorrichtung (beispielsweise einen Transistor), eine passive elektronische Vorrichtung (beispielsweise eine Kapazität oder eine Induktanz oder einen ohmschen Widerstand), einen Sensor (beispielsweise ein Mikrofon, einen Lichtsensor oder einen Gassensor), einen Aktuator (beispielsweise einen Lautsprecher) und ein Mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Insbesondere kann die elektronische Komponente ein Halbleiterchip sein, welcher zumindest ein integriertes Schaltkreiselement (beispielsweise eine Diode oder einen Transistor) in einem Oberflächenabschnitt davon hat. Die elektronische Komponente kann ein nacktes Plättchen sein oder kann bereits verpackt oder eingekapselt sein.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Einkapselung“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und bevorzugt thermisch leitfähiges Material bezeichnen, welches eine elektronische Komponente und optional einen Teil eines Trägers umgibt (beispielsweise hermetisch umgibt), um einen mechanischen Schutz, eine elektrische Isolation und optional einen Beitrag zur Wärmeableitung während des Betriebs bereitzustellen. Eine derartige Einkapselung kann beispielsweise eine Formmasse (mold compound) sein. Beim Einkapseln mittels eines Formverfahrens (molding) kann beispielsweise Spritzgießen (injection molding) oder Transferpressen (transfer molding) verwendet werden.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Korrosionsschutzstruktur“ insbesondere einen physischen Körper aus einem Material bezeichnen, welches ein anderes Material des freiliegenden Trägerteils, d. h. die elektrische Verbindungsstruktur, gegen Korrosion schützt. Ein derartiger Korrosionsschutz kann aufgrund des Umstands vorliegen, dass die Korrosionsschutzstruktur chemisch eher bereit ist, während eines Korrosionsvorgangs Elektronen abzugeben, als das Material der elektrischen Verbindungsstruktur. Beispielsweise kann die Korrosionsschutzstruktur aus einem weniger edlen Metall oder Legierung sein als ein anderes Metall oder Legierung der elektrischen Verbindungsstruktur.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektrische Verbindungsstruktur“ insbesondere einen Abschnitt eines Einkapselung-äußeren Leiterabschnitts des freiliegenden Teils des Trägers bezeichnen, welcher Einkapselung-äußere Leiterabschnitt konfiguriert und dafür vorgesehen ist, mit einer elektronischen Peripherie elektrisch verbunden zu werden, beispielsweise mit einer Montierstruktur (beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte). Beispielsweise kann das Package auf einer derartigen Montierstruktur mittels Lötens, Sinterns oder Schweißens der elektrischen Verbindungsstruktur an die Montierstruktur, oder mittels Pressens der elektrischen Verbindungsstruktur in eine plattierte Öffnung der Montierstruktur montiert sein. Insbesondere kann die elektrische Verbindungsstruktur zum Herstellen einer elektrischen Verbindung des Packages in Bezug auf eine elektronische Umgebung dienen, welche elektrische Verbindungsfunktion nicht durch Korrosion gestört werden soll.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „eine Struktur, welche selektiv nur auf einem Teilabschnitt einer anderen Struktur gebildet ist“ insbesondere bezeichnen, dass die Struktur einen Teilabschnitt der anderen Struktur bedeckt, aber ein verbleibenden Teilabschnitt der anderen Struktur frei oder freiliegend bleibt. In einer Alternative kann die elektrische Verbindungsstruktur auf einem Teil der Oberfläche der Korrosionsschutzstruktur gebildet sein, kann aber einen anderen Oberflächenabschnitt der Korrosionsschutzstruktur freiliegend lassen. In einer anderen Alternative ist die Korrosionsschutzstruktur auf einem Teil der Oberfläche der elektrischen Verbindungsstruktur gebildet, hält aber einen anderen Abschnitt der elektrischen Verbindungsstruktur freiliegend. Somit ist in einer Ausführungsform die Korrosionsschutzstruktur selektiv nur auf einem Teilabschnitt der elektrischen Verbindungsstruktur außerhalb der Einkapselung gebildet, siehe zum Beispiel 1. In einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Verbindungsstruktur selektiv nur auf einem Teilabschnitt der Korrosionsschutzstruktur außerhalb der Einkapselung gebildet, siehe zum Beispiel 3. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass sowohl die elektrische Verbindungsstruktur als auch die Korrosionsschutzstruktur, welche einen Teil eines Einkapselung-freiliegenden Trägerabschnitts bilden, ihre Funktion erfüllen können, ohne die Funktion durch eine ungewünschte vollständige Bedeckung der jeweiligen Struktur mit der jeweils anderen Struktur zu verschlechtern oder abzuschwächen.
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In einer Ausführungsform ist die Korrosionsschutzstruktur aus einem Material, welches konfiguriert ist, als Elektronendonator für die elektrische Verbindungsstruktur zu funktionieren. In anderen Worten kann ein Material der Korrosionsschutzstruktur ein weniger edles Metall oder Legierung als ein anderes Metall oder Legierung der elektrischen Verbindungsstruktur sein. Die Elektronegativität des Materials der elektrischen Verbindungsstruktur kann höher als die Elektronegativität des Materials der Korrosionsschutzstruktur sein. Im Fall eines korrosiven Angriffs wird die Korrosionsschutzstruktur anstelle der elektrischen Verbindungsstruktur korrodiert.
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In einer Ausführungsform weist die elektrische Verbindungsstruktur ein Material aus der Gruppe auf oder besteht daraus, welche aus Kupfer, Gold, Silber, Palladium, Eisen, Nickel und Legierungen besteht, welche zumindest eines dieser Materialien aufweisen. Allerdings sind andere Materialien der elektrischen Verbindungsstruktur möglich. Bevorzugt ist eine Herstellung der elektrischen Verbindungsstruktur aus Kupfer, da dieses Material äußerst kompatibel mit Package-Technologie ist.
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In einer Ausführungsform weist die Korrosionsschutzstruktur ein Material aus der Gruppe auf oder besteht daraus, welche aus Aluminium, Titan, Tantal, Niob, Magnesium, Zinn, Zink und Legierungen besteht, welche zumindest eines dieser Materialien aufweisen. Allerdings sind andere Materialien der Korrosionsschutzstruktur möglich. Ein bevorzugtes Material der Korrosionsschutzstruktur kann beispielsweise Aluminium sein, da dieses Material äußerst kompatibel mit Package-Technologie ist.
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In einer Ausführungsform ist die Korrosionsschutzstruktur streifenförmig. Eine streifenförmige Korrosionsschutzstruktur kann beispielsweise eine rechteckige Form haben. Dies hat den Vorteil, dass die Korrosionsschutzstruktur entlang einer wesentlichen Ausdehnung, d. h. der gesamten Ausdehnung des Streifens bereitgestellt ist.
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Ferner kann eine streifenförmige Korrosionsschutzstruktur basierend auf einem bimetallischen Streifen hergestellt werden, welcher beispielsweise auf einer Rolle bereitgestellt sein kann (vergleiche 6 und 7).
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In einer Ausführungsform bildet die elektrische Verbindungsstruktur einen Bulk-Körper oder Hauptkörper des freiliegenden Abschnitts des Trägers und die Korrosionsschutzstruktur wird mit einem signifikant kleineren Volumen auf die elektrische Verbindungsstruktur aufgebracht, insbesondere mit nicht mehr als 50 % des Volumens der elektrischen Verbindungsstruktur. Anschaulich kann die elektrische Verbindungsstruktur somit die Basisstruktur bilden, welche einen Oberflächenabschnitt bereitstellt, auf welchem die Korrosionsschutzstruktur aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, werden kann. Durch diese Maßnahme kann eine niederohmige und hochleistungsfähige elektrische Verbindung sichergestellt werden.
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In einer anderen Ausführungsform bildet die Korrosionsschutzstruktur einen Bulk-Körper des freiliegenden Abschnitts des Trägers und die elektrische Verbindungsstruktur wird mit einem signifikant kleineren Volumen, insbesondere mit nicht mehr als 50 % des Volumens der Korrosionsschutzstruktur, auf die Korrosionsschutzstruktur aufgebracht. In einer derartigen Ausführungsform kann die Korrosionsschutzstruktur den Basiskörper des Einkapselung-äußeren Trägerabschnitts bilden, welcher einen Oberflächenabschnitt bereitstellt, auf welchem Material der elektrischen Verbindungsstruktur aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, werden kann. Eine derartige Ausführungsform kann in dem Fall von extrem starken Korrosionsatmosphären oder Korrosionsangriffen bevorzugt sein.
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In einer Ausführungsform hat der Träger zumindest einen metallischen Leiter. Dieser zumindest eine metallische Leiter kann die elektrische Verbindungsstruktur aus zumindest einem ersten Metall aufweisen und kann die Korrosionsschutzstruktur aus zumindest einem zweiten Metall aufweisen, welches verhindert, dass das zumindest eine erste Metall korrodiert. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Leitern bereitgestellt sein, welche sich beispielsweise parallel zueinander erstrecken. In einer derartigen Ausführungsform kann der Träger beispielsweise ein Leiterrahmen sein.
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In einer Ausführungsform erstrecken sich das zumindest eine erste Metall und das zumindest eine zweite Metall parallel entlang eines Teils des zumindest einen Leiters oder sogar entlang des gesamten zumindest einen Leiters. Somit kann das erste Metall entlang der parallelen Erstreckung des ersten und des zweiten Metalls vor Korrosion geschützt sein. Die parallele Erstreckung zwischen dem ersten Metall und dem zweiten Metall kann sich im Wesentlichen entlang des gesamten Einkapselung-äußeren Abschnitts des Leiters (vergleiche beispielsweise 1) oder nur entlang eines Teils davon (siehe beispielsweise 2) erstrecken. In der ersteren Ausführungsform kann ein äußerst effizienter Korrosionsschutz erreicht werden. In der letzteren Ausführungsform kann insbesondere ein Endabschnitt des jeweiligen Leiters vollständig mittels des ersten Metalls bereitgestellt sein, wobei dadurch eine gute elektrische Verbindung entlang einer ausreichend großen Verbindungsfläche gefördert wird. In der ersteren Ausführungsform kann ein äußerst effizienter Korrosionsschutz erreicht werden.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich das zumindest eine zweite Metall in einer Erstreckungsrichtung des zumindest einen Leiters zwischen zwei Sektionen des zumindest einen ersten Metalls. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise in 3 und 4 gezeigt. Beispielsweise können entgegengesetzte Endabschnitte des jeweiligen Leiters mittels des (insbesondere edleren) ersten Metalls bereitgestellt sein, um dadurch eine gute Verbindung des Packages mit einer elektronischen Umgebung und einer eingekapselten elektronischen Komponente mit dem Leiter zu ermöglichen, beispielsweise mittels Drahtbondens. Ein Bereich dazwischen kann mittels des (insbesondere weniger edleren) zweiten Metalls gebildet sein, wobei dadurch ein äußerst effizienter Korrosionsschutz bereitgestellt wird. Ein elektrisches Signal oder Strom kann auch sowohl entlang des ersten Metalls als auch des zweiten Metalls geleitet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Package eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur auf, welche zumindest teilweise die Korrosionsschutzstruktur bedeckt und zum Verstärken des Korrosionsschutzes der Korrosionsschutzstruktur konfiguriert ist. Auf äußerst vorteilhafte Weise kann die Korrosionsschutzstruktur wiederum teilweise oder vollständig mit einer Korrosionsschutz verstärkenden Struktur bedeckt sein, um die Korrosionsschutzfähigkeit des Packages weiter zu erhöhen. Beispielsweise kann eine derartige Korrosionsschutz verstärkende Struktur eine Beschichtung der Korrosionsschutzstruktur sein, welche die Korrosionsschutzfähigkeit der Korrosionsschutzstruktur verstärkt und/oder welche die Korrosionsschutzstruktur selbst vor Korrosion schützt. Dadurch kann der gesamte Korrosionsschutz der elektrischen Verbindungsstruktur signifikant verstärkt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Korrosionsschutz verstärkende Struktur zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einer Anodisierungsbeschichtung, einer zweite-Stufe-Korrosionsschutzstruktur, aus einem Material, welches konfiguriert ist, als Elektronendonator für die Korrosionsschutzstruktur zu funktionieren, einer Passivierungsbeschichtung, einer Phosphatierungsbeschichtung, einer Aufbau-Schweißen-Beschichtung, einer Plasmaoxidationsbeschichtung und einer Plasma-Keramik Konversionsbeschichtung. Allerdings sind auch andere Verfahren zum Bilden der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur möglich.
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In einer Ausführungsform bedeckt die Korrosionsschutz verstärkende Struktur selektiv die Korrosionsschutzstruktur, aber nicht die elektrische Verbindungsstruktur. Somit kann die elektrische Verbindungsstruktur frei von der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur sein (welche somit selektiv nur auf der Korrosionsschutzstruktur aufgebracht sein kann) um jeden unerwünschten Einfluss der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur auf die elektrische Verbindungsfunktionalität der elektrischen Verbindungsstruktur zu vermeiden. Dies kann sicherstellen, dass die elektrische Verbindungsfunktion der elektrischen Verbindungsstruktur nicht von der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur beeinflusst wird.
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In einer Ausführungsform weist der Träger einen Leiterrahmen auf. Insbesondere kann ein derartiger Leiterrahmen eine Komponenten-Montiersektion (insbesondere ein Die Pad) aufweisen, welche die elektronische Komponente und einen oder mehrere Leiter zum elektrischen Koppeln der elektronischen Komponente mit einer elektronischen Peripherie trägt. Weiter insbesondere kann die Korrosionsschutzstruktur auf und/oder als ein Teil von zumindest einem des einen oder der mehreren Leiter gebildet sein. Beispielsweise kann ein derartiger Leiterrahmen die elektrische Verbindungsstruktur aus Kupfer und eine Korrosionsschutzstruktur aus Aluminium aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann der Leiterrahmen eine plattenähnliche metallische Struktur sein, welche strukturiert sein kann, um ein oder mehrere Die Pads oder Montiersektionen zum Montieren der einen oder mehreren elektronischen Komponenten des Packages und eine oder mehrere Leitersektionen für eine elektrische Verbindung des Packages mit einer elektronischen Umgebung zu bilden, wenn die elektronische Komponente(n) auf dem Leiterrahmen montiert ist/sind. In einer Ausführungsform kann der Leiterrahmen eine Metallplatte (insbesondere aus Kupfer) sein, welche strukturiert sein kann, beispielsweise mittels Stanzens oder Ätzens. Das Bilden des Chipträgers als ein Leiterrahmen ist eine kosteneffiziente und mechanisch sowie elektrisch vorteilhafte Konfiguration, in welcher eine niederohmige Verbindung der zumindest einen elektronischen Komponente mit einer robusten Stützfähigkeit des Leiterrahmens kombiniert werden kann. Ferner kann ein Leiterrahmen zu der thermischen Leitfähigkeit des Packages beitragen und kann Wärme ableiten, welche während des Betriebs der elektronischen Komponente(n) erzeugt wird, als Folge der hohen thermischen Leitfähigkeit des metallischen (insbesondere Kupfer) Materials des Leiterrahmens. Ein Leiterrahmen kann beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer aufweisen. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Die Pad“ insbesondere einen Abschnitt eines Leiterrahmens bezeichnen, welcher zum Aufnehmen einer elektronischen Komponente, beispielsweise eines Halbleiterchips, geformt und dimensioniert ist. Entsprechend ist der Oberflächenbereich des Die Pads typischerweise flach und planar und ausreichend groß, um den Chip oder das Plättchen (Die) vollständig darauf aufzunehmen. Im Gegensatz dazu kann der Begriff „Leiter“ insbesondere einen anderen Abschnitt eines Leiterrahmens bezeichnen, welcher sich zumindest teilweise über eine Einkapselung (falls vorhanden) erstrecken kann und als Verbindungselement mit einer elektronischen Peripherie des Packages dient. Es ist beispielsweise möglich, dass ein oder mehrere Anschlüsse der elektronischen Komponente, welche auf dem Die Pad montiert ist, elektrisch mit einem entsprechenden der Leiter verbunden ist oder sind, beispielsweise mittels einer Klemme, eines Bonddrahts oder eines Bondbands. Es ist beispielsweise möglich, dass das Die Pad eingekapselt ist und die Leiter teilweise oder vollständig in Bezug auf eine Einkapselung freiliegend sind. Es ist ebenfalls möglich, dass das Die Pad einen zentralen Abschnitt eines leiterrahmenartigen Trägers bildet, wohingegen die Leiter einen peripheren Abschnitt des Leiterrahmens bilden können. Sowohl die Die Pads als auch die Leiter können zumindest teilweise ein metallisches Material aufweisen. Insbesondere kann der Träger eine teilweise oder vollständig metallische Struktur sein.
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In einer anderen Ausführungsform weist der Träger einen Stapel auf, welcher eine zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schicht (beispielsweise eine Keramikschicht) umfasst, welche auf beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen von einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt ist (beispielsweise einer Kupferschicht oder einer Aluminiumschicht, wobei die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht eine kontinuierliche oder eine strukturierte Schicht sein kann). Insbesondere kann der Träger als ein Direct Copper Bonding (DCB) Substrat oder ein Direct Aluminum Bonding (DAB) Substrat verkörpert sein. In derartigen Ausführungsformen kann eine der elektrisch leitfähigen Schichten mit einem weiteren Metall bedeckt sein, welches entweder edler oder weniger edel als das Material der metallischen Schicht ist. Als Ergebnis kann die metallische Schicht als die elektrische Verbindungsstruktur oder als die Korrosionsschutzstruktur dienen, wobei eine Korrosionsschutzstruktur oder eine elektrische Verbindungsstruktur selektiv nur auf einer Teiloberfläche der metallischen Schicht aufgebracht ist.
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In einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente auf dem Träger mittels zumindest einem aus der Gruppe montiert, bestehend aus einer Lötstruktur, einer Sinterstruktur, einer Schweißstruktur und einer Kleberstruktur. Allerdings sind auch andere Verbindungverfahren möglich.
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In einer Ausführungsform ist der Träger als eine Bulk-Struktur zum mechanischen Stützen der montierten elektronischen Komponente und/oder zum elektrischen Kontaktieren der montierten elektronischen Komponente konfiguriert. Demnach kann der Träger eine zweifache Funktion erfüllen. Einerseits kann der Träger die elektronische Komponente (beispielsweise auf einem Die Pad) stützen und zusätzlich kann der Träger die montierte elektronische Komponente (beispielsweise via ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, beispielsweise einen Bonddraht oder eine Klemme) mit der elektronischen Umgebung des Packages elektrisch verbinden.
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In einer Ausführungsform können die verbundene elektrische Verbindungsstruktur und die Korrosionsschutzstruktur mittels Bereitstellens eines bimetallischen Streifens, mittels Laserschweißens oder mittels selektiven Plattierens gebildet werden. Beispielsweise kann ein bimetallischer Streifen mittels Walzens gebildet werden, wobei dadurch zwei verschiedene Metalle (insbesondere ein edleres Metall und ein weniger edles Metall) verbunden werden. Ein derartiger bimetallischer Streifen kann insbesondere als eine Sektion einer endlosen Vor-Form der Trägerleiter gebildet sein, welche auf einer Rolle aufgerollt ist. Dies ermöglicht eine effiziente Herstellung der Leiter, welche einen Teil eines Trägers zum Bereitstellen der verbundenen elektrischen Verbindungsstruktur und Korrosionsschutzstruktur bilden. Alternativ ist es möglich, ein erstes Metall oder Legierung zusammen mit einem zweiten Metall oder Legierung mittels Laserschweißens zu verschweißen, um dadurch die verbundene elektrische Verbindungsstruktur und die Korrosionsschutzstruktur zu erhalten. Laserschweißen ist in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft. Auch selektives Plattieren der elektrischen Verbindungsstruktur auf die Korrosionsschutzstruktur, oder vice versa, kann möglich sein. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, dass die Plattierungsprozedur nur selektiv ist, d.h. eine der Strukturen nur teilweise mit der anderen der Strukturen bedeckt, so dass freiliegende Oberflächenabschnitte sowohl von der elektrischen Verbindungsstruktur als auch der Korrosionsschutzstruktur verbleiben. Beispielsweise kann das selektive Plattieren bewerkstelligt werden, indem ein Oberflächenabschnitt der jeweiligen Struktur, welcher nicht mit einem Schutzmaterial plattiert werden soll, bedeckt wird und das Schutzmaterial entfernt wird, nachdem das Plattieren abgeschlossen ist.
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In einer Ausführungsform ist das Package als ein Sensorpackage konfiguriert. Aufgrund des Wesens ihrer Funktion sind Sensorpackages in vielen Fällen einer äußerst korrosiven Umgebung ausgesetzt. Somit müssen Sensorkomponenten oder Sensorchips als Beispiel für die elektronische Komponente des Packages an einer Position mit einem äußerst korrosiven Einfluss angeordnet sein, um ihre Abtastaufgabe zu erfüllen. Daher kann das Bereitstellen einer Korrosionsschutzstruktur, welche insbesondere einen Korrosionsschutz an einem Einkapselung-äußeren Leiterabschnitt eines Trägers des Packages bereitstellt, äußerst vorteilhaft für Sensoranwendungen sein.
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In einer Ausführungsform kann das Package für eine Außenanwendung verwendet werden, welche eine Automobilanwendung ist. Insbesondere kann ein Verwenden des Packages als ein Sensor in einem Abgassystem eines Fahrzeugs vorteilhaft sein. In Automobilanwendungen liegt typischerweise eine äußerst korrosiven Umgebung vor. Daher sind die Vorteile, welche mittels der Korrosionsschutzstruktur des Packages erreicht werden, im Automobilbereich besonders ausgeprägt.
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In einer anderen Ausführungsform ist die Außenanwendung eine Windenergieanlagen-Anwendung, insbesondere eine Verwendung des Packages als ein Sensor an einer Offshore Windenergieanlage. Auch im Gebiet der Windenergieanlagen, besonders wenn sie als eine Offshore Windenergieanlage verwendet werden, liegt eine äußerst korrosive Umgebung vor. Sowohl Meerwasser als auch Meeresluft enthalten eine hohe Salzkonzentration und können daher als eine äußerst korrosive Umgebung wirken. Das Bereitstellen eines Packages (insbesondere eines Sensorpackages) für Windenergieanlagen-Anwendungen mit einer Korrosionsschutzstruktur auf einem Einkapselung-äußeren Leiterabschnitt kann daher äußerst vorteilhaft sein.
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In einer Ausführungsform weist das Package eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten auf, welche auf dem Träger montiert sind. Somit kann das Package eine oder mehrere elektronische Komponenten aufweisen (zum Beispiel zumindest eine passive Komponente, beispielsweise ein Kondensator, und zumindest eine aktive Komponente, beispielsweise ein Halbleiterchip).
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In einer Ausführungsform kann die Einkapselung einen Formkörper (mold) aufweisen, insbesondere einen Kunststoffformkörper. Beispielsweise kann ein entsprechend eingekapselter Körper (insbesondere die elektronische Komponente mit dem Träger) bereitgestellt werden, indem der Körper oder die Körper zwischen einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug platziert wird und ein flüssiges Formmaterial hinein injiziert wird. Nach dem Aushärten des Formmaterials ist das Bilden der Einkapselung abgeschlossen. Falls gewünscht, kann der Formkörper mit Partikeln gefüllt sein, welche seine Eigenschaften verbessern, beispielsweise seine Wärmeableitungseigenschaften. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Einkapselung auch ein Laminat oder ein Spritzgussteil (casting compound) sein.
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In einer Ausführungsform weist das Package eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur auf, welche die montierte elektronische Komponente mit dem Träger elektrisch verbindet. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur zumindest eines aus der Gruppe aufweisen, welche aus einer Klemme, einem Drahtbond und einem Bandbond besteht. Eine Klemme kann ein dreidimensional gebogenes plattenartiges Verbindungselement sein, welches zwei planare Sektionen hat, welche mit einer oberen Hauptoberfläche der jeweiligen elektronischen Komponente und einer oberen Hauptoberfläche des Trägers zu verbinden sind, wobei die zwei genannten planaren Sektionen in einer geneigten Verbindungssektion münden. Als eine Alternative zu einer derartigen Klemme ist es möglich, ein Drahtbond oder Bandbond zu verwenden, welches ein flexibler elektrisch leitfähiger draht- oder bandförmiger Körper ist, welcher einen Endabschnitt hat, welcher mit der oberen Hauptoberfläche der jeweiligen elektronischen Komponente verbunden ist, und einen entgegengesetzten anderen Endabschnitt hat, welcher mit dem Träger elektrisch verbunden ist.
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In einer Ausführungsform weist die zumindest eine elektronische Komponente zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einem Controller-Schaltkreis, einem Treiberschaltkreis und einem Leistungshalbleiter-Schaltkreis. All diese Schaltkreise können in einen Halbleiterchip integriert sein oder separat in verschiedenen Chips sein. Beispielsweise kann eine korrespondierende Leistungshalbleiteranwendung mittels des/der Chip(s) realisiert sein, wobei integrierte Schaltkreiselemente eines derartigen Leistungshalbleiterchips zumindest einen Transistor (insbesondere einen MOSFET, Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor), zumindest eine Diode, etc. aufweisen können. Insbesondere können Schaltkreise hergestellt werden, welche eine Halbbrückenfunktion, eine Vollbrückenfunktion etc. erfüllen.
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Als Substrat oder Wafer für die Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat, d. h. ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliziumoxid- oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt werden. Es ist ebenfalls möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Beispielsweise können beispielhafte Ausführungsformen in GaN oder SiC Technologie implementiert sein.
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Die vorangehend genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein tieferes Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen und welche einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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In den Zeichnungen:
- 1 bis 5 zeigen dreidimensionale Ansichten von Packages mit einer Korrosionsschutzstruktur gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
- 6 und 7 zeigen dreidimensionale Ansichten von Rollen mit einer Vorform von kombinierten elektrischen Verbindungsstrukturen und Korrosionsschutzstrukturen für Packages gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
- 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 9 zeigt eine schematische Ansicht einer Offshore Windenergieanlage mit Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Leiters eines leiterrahmenartigen Trägers eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Leiters eines leiterrahmenartigen Trägers eines Packages gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
- 12 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, welche ein Package aufweist, welches auf einer Montierstruktur montiert ist und elektrisch damit verbunden ist.
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Ausführliche Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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Bevor beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf welchen basierend beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
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In vielen Anwendungsfällen sind integrierte Schaltkreise und elektronische Systeme Feuchtigkeit oder korrosiven Atmosphären ausgesetzt. Hier besteht die Gefahr, dass metallische Strukturen oder Kontakte des integrierten Schaltkreises oder des umgebenden Systems beschädigt werden. Beispiele sind Sensoren in einem Anti-Blockier-Bremssystem eines Fahrzeugs (welches Salzsprühnebel ausgesetzt sein kann), Leistungselektronik-Vorrichtungen in Zügen (welche Feuchtigkeit ausgesetzt sein können), Drucksensoren in Abgassystemen von Automobilen, etc.
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Der Schutz vor einem Angriff von korrosiven Medien ist schwierig. Mit der Unterstützung von Schutzbeschichtungen ist eine gewisse Verbesserung möglich. Allerdings werden, aufgrund der Tatsache, dass beinahe jedes organische Material ein gewisses Feuchtigkeitsaufnahmepotenzial hat, auch wässrige korrosive Medien von diesen Materialien einfach aufgenommen und können die integrierten Schaltkreise nicht effizient über eine lange Zeit schützen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Halbleiterpackage mit metallischen Leitern aus einem ersten Metall bereitgestellt, welche in elektrischem Kontakt mit einem zweiten Metall sind, welches als Elektronendonator (oder Akzeptor) gegenüber dem ersten Metall dient. Somit kann das zweite Metall als eine Opferanode für das erste Metall wirken und kann einen effizienten Korrosionsschutz für das erste Metall bereitstellen. Somit kombinieren beispielhafte Ausführungsformen das Package mit einem Opfermetall, welches schneller korrodiert als die Metalle in dem Package, und verwenden dieses als eine Opferanode unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der Halbleiter, wenn sie korrosiven Atmosphären ausgesetzt sind. Falls ein Benutzer ein elektronisches System Feuchtigkeit oder korrosiven Atmosphären aussetzt, kann das Vorsehen einer Korrosionsschutzstruktur dem Benutzer helfen, indem ein verpackter integrierter Schaltkreis bereitgestellt wird, welcher einen integrierten Korrosionsschutz hat. Dies schützt ein Package für sich und ferner den Kontakt und die direkte Umgebung des Packages in einem komplexeren elektronischen System.
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In einer Ausführungsform kann ein korrosionsstabiler Sensor hergestellt werden, indem eine galvanische Anode bereitgestellt wird. In einer Anwendung kann dies die Korrosion von Drucksensoren in der Abgasleitung oder dem Abgassystem eines Fahrzeugs aufgrund von Salpetersäure und/oder anderen korrosiven Medien unterdrücken.
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Ein Problem bei Packages, insbesondere Sensorpackages, ist die Korrosion von (beispielsweise magnetischen) Sensoren aufgrund von Wasser, Salz oder anderen korrosiven Medien.
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Um derartige Nachteile zu überwinden, fügen beispielhafte Ausführungsformen eine Opferanode zu den kritischen Sensorpackages hinzu. Geeignete Materialkombinationen zwischen einer derartigen Korrosionsschutzstruktur und einer elektrischen Verbindungsstruktur sind im Allgemeinen gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe möglich. Die Korrosionsschutzstruktur ist typischerweise aus einem weniger edlen Material als die elektrische Verbindungsstruktur.
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In verschiedenen Ausführungsformen sind auch ein kathodischer Korrosionsschutz oder das Vorsehen einer Opferanode möglich. Insbesondere ist eine Metallkombination aus weniger edlen und edleren Metallen oder Schichten möglich. In einem Leiterrahmen-Design, d. h. in welchem der Träger ein Leiterrahmen ist, kann dies bewerkstelligt werden, um funktionelle Bereiche vor einem Korrosionsangriff zu schützen, indem eine Opferanode bzw. ein kathodischer Korrosionsschutz bereitgestellt wird.
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Als Anodenmaterial kann ein nicht-edles Metall als Opferanode verwendet werden, beispielsweise aus Aluminium, Titan, Tantal, Niob, Magnesium oder Legierungen daraus.
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Insbesondere kann eine Kombination eines Kupfer-Leiterrahmens und Metallen oder Legierungen aus einem oder mehreren der vorangehend genannten Anodenmaterialien vorteilhaft sein.
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In einer anderen Ausführungsform kann ein Aluminium- oder Aluminiumlegierung-Leiterrahmen mit einer teilweisen Kupferabscheidung oder einem zusätzlichen Kupfer-Leiterrahmen ausgestattet sein. Zusätzlich oder alternativ zum Bereitstellen von Kupfer können auch andere Edelmetalle wie Gold, Silber, Palladium, etc. verwendet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Korrosionsschutzstruktur von einer Korrosionsschutz verstärkenden Struktur bedeckt sein, welche die Korrosionsschutzfunktion der Korrosionsschutzstruktur verstärkt. Eine derartige Korrosionsschutz verstärkende Struktur kann in Form von einem kathodischen Korrosionsschutz oder durch das Bereitstellen einer Opferanode, etc. aufgebracht werden. Verfahren und Materialien einer derartigen Korrosionsschutz verstärkenden Struktur können wie im Folgenden sein:
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In einer ersten Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels Anodisierens einer Opferanode gebildet werden. Eine derartige Verarbeitung kann insbesondere auf Basis von Aluminium oder Legierungen (beispielsweise eine Aluminiumlegierung oder Messing (brass)) in Kombination mit einem Kupfer-Leiterrahmen möglich sein und kann mit geringem Aufwand aufgebracht werden.
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Aluminium für sich kann anodisiert werden und somit in Aluminiumoxid konvertiert werden. Dies schützt auch die tatsächliche Opferanode, d. h. die Korrosionsschutzstruktur. Somit kann die Opferanode, welche die Korrosionsschutzstruktur bildet, an einer Oberfläche davon oxidiert werden. Umso dicker die oxidierte Korrosionsschutzstruktur auf der Oberfläche ist, desto länger wird ein Korrosionsangriff auf die Korrosionsschutzstruktur mittels der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur verzögert.
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In einer zweiten Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels einer zweite-Stufe-Korrosionsschutzstruktur gebildet werden, d. h. eine weniger edle Beschichtung als die darunterliegende Korrosionsschutzstruktur. Das Bereitstellen einer zweite-Stufe-Korrosionsschutzstruktur (beispielsweise eine Zinkbeschichtung) als Korrosionsschutz verstärkende Struktur kann eine inorganische oder organische Schutzschicht auf der Korrosionsschutzstruktur sein (beispielsweise aus Eisen).
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In einer dritten Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels einer Abdichtungsschicht gebildet sein. Insbesondere kann es möglich sein, den Korrosionsschutz der Opferanode selbst zu verstärken. Das Bereitstellen einer Abdichtungsschicht, welche die Korrosionsschutzstruktur gegenüber einem korrosiven Angriff abdichtet, als Korrosionsschutz verstärkende Struktur kann ebenfalls die gesamte Korrosionsschutzfunktion verbessern.
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In einer vierten Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels Phosphatierens gebildet werden, d. h. der Bildung einer Phosphatierungsschicht. Insbesondere kann es möglich sein, den Korrosionsschutz einer Opferanode selbst mittels einer zusätzlichen Zinkabscheidung zu verstärken, um den Korrosionsschutz weiter zu verstärken. Beispielsweise kann das Drahtbonden und eine benutzerspezifische Konfiguration eines funktionellen Bereichs mit einem derartigen Verfahren kombiniert werden, um ein Edelmetall (beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Palladium, etc.) aufzubringen. Ein derartiges Verfahren kann vorteilhafterweise selektiv nur auf Aluminium wirken. Die Phosphatierungsschicht kann als temporäre Korrosionsschicht dienen, welche nur auf der weniger edlen Korrosionsschutzstruktur und nicht auf der elektrischen Verbindungsstruktur gebildet ist, welche edler ist. Somit kann ein selektiver Korrosionsschutz gebildet werden, beispielsweise auf einem bimetallischen Streifen.
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In einer fünften Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels Aufbau-Schweißens oder Überziehens (cladding) gebildet werden. Viele Metalle können als Opferschicht selbst auf Kupfer, ebenfalls auf Aluminium oder Legierungen (einer Opferanode als Korrosionsschutzstruktur) aufgebracht werden, um den Korrosionsschutz dort zu verstärken. Insbesondere kann es möglich sein, eine oder mehrere funktionelle Schichten zum Drahtbonden und für benutzerspezifische Anwendungen, etc., aufzubringen. Aufbau-Schweißen kann eine Schweißverbindung bilden, indem ein Schweißmaterial zugeführt wird, welches ein sogar noch weniger edles Material aufbringt als das Material der Korrosionsschutzstruktur, welches wiederum weniger edel als das Material der elektrischen Verbindungsstruktur ist.
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In einer sechsten Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels Plasmaoxidierens auf Aluminium oder Ähnlichem gebildet werden. Somit kann es möglich sein, den Korrosionsschutz der Opferanode oder der Korrosionsschutzstruktur selbst mittels Plasmaoxidation zu verstärken. Drahtbonden und die Konfiguration eines benutzerspezifischen funktionellen Bereichs können mit einem derartigen Verfahren kombiniert werden, um ein Edelmetall (beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Palladium, etc.) aufzubringen. Ein derartiges Verfahren kann selektiv nur auf Aluminium funktionieren. Folglich kann das Material der Korrosionsschutzstruktur mit dem geringeren Edelgrad (nobility) mit einem Plasma behandelt werden, um dadurch die Korrosionsresistenz der elektrischen Verbindungsstruktur zu verstärken, indem die Korrosionsschutzfunktion der Korrosionsschutzstruktur verstärkt wird. Die modifizierte Oberfläche der Korrosionsschutzstruktur als Ergebnis der Plasmaoxidation kann dann die Korrosionsschutz verstärkende Struktur bilden.
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In einer siebten Ausführungsform kann eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur mittels einer Plasma-Keramik Konversionsschicht gebildet sein. Dies kann den Korrosionsschutz der Opferanode oder der Korrosionsschutzstruktur selbst verstärken, als Aluminium-Anode. Wieder kann das Drahtbonden und das Bilden des benutzerspezifischen funktionellen Bereichs mit einem derartigen Verfahren kombiniert werden, um ein Edelmetall (beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Palladium, etc.) aufzubringen. Auch ein derartiges Verfahren kann vorteilhafterweise selektiv nur auf Aluminium funktionieren. Eine Plasma-Keramik Konversionsschicht kann eine separate nano-keramische Schicht sein, welche die Opferanode in Form der Korrosionsschutzstruktur bedeckt. Beispielsweise kann Korund als eine spezifische Form von Aluminiumoxid als Plasma-Keramik Konversionsschicht auf Aluminium als Korrosionsschutzstruktur gebildet sein. Vorteilhafterweise kann eine derartige Plasma-Keramik Konversionsschicht eine hohe Duktilität haben, d. h. mag nicht spröde sein, was ebenfalls die mechanischen Eigenschaften des Packages verbessert.
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1 bis 5 zeigen dreidimensionale Ansichten von Packages 100 mit einer Korrosionsschutzstruktur 110 gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
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Bezugnehmend auf 1 ist ein Halbleiter-Sensorpackage 100 gezeigt, welches einen leiterrahmenartigen Träger 114, eine elektronische Komponente 102 (beispielsweise ein Halbleiterchip, insbesondere ein Sensorchip), welche auf dem Träger 114 montiert ist, und eine formkörperartige Einkapselung 106 aufweist, welche die elektronische Komponente 102 und nur einen Teil des Trägers 114 einkapselt. Im Hinblick auf diese nur teilweise Einkapselung ist ein anderer freiliegender Teil 115 des Trägers 114 - welcher auch als Einkapselung-äußerer Trägerabschnitt bezeichnet wird - in Bezug auf die Einkapselung 106 freiliegend und erstreckt sich somit über die Einkapselung 106 hinaus.
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Wie gezeigt ist, weist der freiliegende Teil 115 des Trägers 114 eine elektrische Verbindungsstruktur 117 auf, welche zum Herstellen einer elektrischen Verbindung (beispielsweise einer Lötverbindung) zwischen dem Package 100 und einer elektronischen Peripherie konfiguriert ist, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (PCB, nicht gezeigt). Ferner weist der freiliegende Teil 115 auch eine Korrosionsschutzstruktur 110 auf, welche zum Verhindern der Korrosion der elektrischen Verbindungsstruktur 117 konfiguriert ist. Die Korrosionsschutzstruktur 110 ist selektiv nur auf einem Teilabschnitt der elektrischen Verbindungsstruktur 117 außerhalb der Einkapselung 106 gebildet. Als Ergebnis bleibt ein Teil der elektrischen Verbindungsstruktur 117 zu einer Umgebung freiliegend, was die Qualität einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen der elektrischen Verbindungsstruktur 117 und der elektronischen Peripherie signifikant verbessert. Um ihre korrosionsschützende Funktion zu erfüllen, ist die Korrosionsschutzstruktur 110 auch zu der Umgebung freiliegend und ist aus einem Material, welches konfiguriert ist, während eines korrosiven Angriffs als Elektronendonator für die elektrische Verbindungsstruktur 117 zu funktionieren. Beispielsweise weist die elektrische Verbindungsstruktur 117 Kupfer auf oder besteht daraus. Im Gegensatz dazu weist die Korrosionsschutzstruktur 110 Aluminium auf oder besteht daraus, welches weniger edel als Kupfer ist.
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Wie gezeigt ist, hat der leiterrahmenartiger Träger 114 eine Mehrzahl von sich parallel erstreckenden metallischen Leitern 126, wobei jeder eine entsprechende elektrische Verbindungsstruktur 117 aus Kupfer und eine entsprechende Korrosionsschutzstruktur 110 aus Aluminium (oder Zink) aufweist, welches weniger edel als Kupfer ist und deshalb verhindert, dass das Kupfer korrodiert. Wie gezeigt ist, erstrecken sich jede elektrische Verbindungsstruktur 117 und jede Korrosionsschutzstruktur 110 jedes Leiters 126 parallel zueinander entlang des jeweiligen Einkapselung-äußeren Abschnitts des jeweiligen Leiters 126.
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Wie bereits angemerkt, ist der Träger 114 als ein Leiterrahmen verkörpert, welcher ein Die Pad als Komponenten-Montiersektion 124 aufweist, welche die elektronische Komponente 102 und drei parallele Leiter 126 zum elektrischen Koppeln der elektronischen Komponente 102 mit der elektronischen Peripherie trägt. Wie bereits angemerkt, ist jede Korrosionsschutzstruktur 110 als ein Teil eines jeweiligen von der Mehrzahl von Leitern 126 gebildet. Wie ebenfalls in 1 gezeigt ist, ist jede der Korrosionsschutzstrukturen 110 außerhalb der Einkapselung 106 angeordnet.
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Gemäß 1 bildet die elektrische Verbindungsstruktur 117 einen Bulk-Körper des freiliegenden Abschnitts 115 des Trägers 114 und die Korrosionsschutzstruktur 110 ist nur auf einem Teilabschnitt der Oberfläche der elektrischen Verbindungsstruktur 117 mit deutlich kleinerem Volumen, verglichen mit dem Volumen der elektrischen Verbindungsstruktur 117, aufgebracht. Beispielsweise kann jede Korrosionsschutzstruktur 110 auf der zugeordneten elektrischen Verbindungsstruktur 117 mittels selektiven Plattierens (oder alternativ basierend auf einem bimetallischen Streifen, wie in 6 und 7 gezeigt, oder mittels Laserschweißens) gebildet sein.
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Somit zeigt 1, dass ein jeweiliges Opferanodenmaterial, als Korrosionsschutzstruktur 110, zu dem jeweiligen IC (integrierter Schaltkreis) Package Metall in Form der elektrischen Verbindungsstruktur 117 hinzugefügt ist.
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Somit kann ein gewöhnlicher Leiterrahmen, beispielsweise aus Kupfer, als Träger 114 verwendet werden. Ein zusätzliches Opferanodenmetall, beispielsweise Zink oder Aluminium, kann jedem Leiter 126 des Trägers 114 hinzugefügt werden, um eine entsprechende Korrosionsschutzstruktur 110 bereitzustellen.
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Gemäß 1 ist die obere Hauptoberfläche der elektronischen Komponente 102 mit den Leitern 126 des leiterrahmenartigen Trägers 114 mittels Bonddrähten 180 elektrisch verbunden. Als eine Alternative zu den Bonddrähten 180 ist es ebenfalls möglich, ein anderes elektrisch leitfähiges Verbindungselement zum Verbinden der elektronischen Komponente 102 mit den Leitern 126 des Trägers 114 zu verwenden (beispielsweise Klemmen oder Bondbänder).
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Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 1 darin, dass sich gemäß 2 die Korrosionsschutzstruktur 110 jedes Leiters 126 nur entlang eines Teilabschnitts der Einkapselung-äußeren Leiterabschnittsektion des Trägers 114 erstreckt. Somit sind freie Enden der Leiter 126 ausschließlich mittels des Materials der elektrischen Verbindungsstruktur 117 gebildet, nicht mittels des Materials der Korrosionsschutzstruktur 110. Dies vereinfacht und verbessert die elektrische Konnektivität der Leiter 116 zu einer elektronischen Umgebung (beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte oder eine andere Montierbasis).
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Bezugnehmend auf 3 bildet die Korrosionsschutzstruktur 110 einen Aluminium-Bulk-Körper der Leiter 126 des Trägers 114. Das Kupfermaterial der elektrischen Verbindungsstrukturen 117, 119 ist nur auf zwei beabstandeten Teilabschnitten der Korrosionsschutzstruktur 110 mit einem signifikant kleineren Volumen, verglichen mit dem Volumen der Korrosionsschutzstruktur 110, aufgebracht. Die elektrische Verbindungsstruktur 117 ist freiliegend und erstreckt sich über die Einkapselung 106 hinaus, wohingegen die elektrische Verbindungsstruktur 119 in der Einkapselung 106 eingekapselt ist. Somit erstreckt sich die Korrosionsschutzstruktur 110 jedes Leiters 126 in einer Erstreckungsrichtung des jeweiligen Leiters 126 zwischen zwei Edelmetallsektionen der elektrischen Verbindungsstrukturen 117, 119. In anderen Worten fügt die Ausführungsform von 3 Sektionen von Edelmetallen zu einem Opfer-Basismaterial hinzu. Somit kann die Ausführungsform von 3 basierend auf einem gewöhnlichen Leiterrahmen (beispielsweise aus Aluminium) hergestellt werden, auf welchem ein zusätzliches Edelmetall, beispielsweise Kupfer, selektiv aufgebracht wird, um somit die elektrischen Verbindungsstrukturen 117, 119 zu bilden. Während chemischer Belastung wird das Opfer-Bulk-Metall der Korrosionsschutzstruktur 110 angegriffen, während das edle Kupfermaterial der elektrischen Kontaktstrukturen 117, 119 an den elektrischen Kontaktpositionen stabil bleibt. Als Ergebnis sind die elektrischen Kontakte der elektrischen Kontaktstrukturen 117, 119 geschützt.
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In der Ausführungsform von 3 kann eine große freiliegende Oberfläche der Bulk-artigen Korrosionsschutzstruktur 110 einen äußerst effizienten Korrosionsschutz, insbesondere der elektrischen Verbindungsstruktur 117, sicherstellen. Ferner wird, da die freien Enden der Leiter 126 nur mittels der elektrischen Verbindungsstrukturen 117, 119 gebildet sind, ebenfalls eine gute elektrische Verbindung zu einer elektronischen Umgebung (beispielsweise einer PCB) ermöglicht.
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In der Ausführungsform von 4 ist eine ähnliche Struktur wie in 3 gezeigt, wobei allerdings die relativen Oberflächenabschnitte der elektrischen Verbindungsstrukturen 117, 119 der Leiter 126 gemäß 4 im Vergleich zu 3 größer sind. Anschaulich zeigt 4 einen Sensor in einem oberflächenmontierte-Vorrichtung (SMD) -artigen Formkörper-Package 100. In anderen Worten ist eine sensorartige elektronische Komponente 102 mit einem Kupferleiterrahmen bereitgestellt. Ein Aluminiumlegierung Anodenmaterial, als Korrosionsschutzstrukturen 110, wird mittels Laserschweißens oder eines Überziehungsverfahrens (cladding process) zu den elektrischen Kontaktstrukturen 117, 119 hinzugefügt.
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Die Ausführungsform von 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 1 darin, dass gemäß 5 die Korrosionsschutzstruktur 110 selektiv von einer Korrosionsschutz verstärkenden Struktur 150 bedeckt ist. Dies ist in einem Detail 182 dargestellt, welches einen Querschnitt eines Abschnitts des Leiters 126 zeigt. Beispielsweise kann die Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 eine Aluminiumoxidschicht sein, welche auf der Aluminiumschicht gebildet ist, welche die Korrosionsschutzstruktur 110 darstellt. Somit verzögert die Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 einen Korrosionsangriff auf die Korrosionsschutzstruktur 110 und verbessert somit den Korrosionsschutz des Packages 100.
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In der Ausführungsform von 5 ist ein Kupferleiterrahmen mit zusätzlichen weniger edlen Strukturen (beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Titan oder Magnesium) als Anodenmaterial bereitgestellt. Beispielsweise kann dies mittels Ausführens eines Überziehungsverfahrens bewerkstelligt werden. Das Bilden der Opferanode kann bereits während der Leiterrahmenherstellung erfolgen oder kann während eines Verpackungsverfahrens erfolgen. An dem Leiterrahmen kann Überzugsmaterial entlang einer Basismaterial Walzrichtung bereitgestellt sein. Die zusätzliche Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 ist optional, aber vorteilhaft.
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6 und 7 zeigen dreidimensionale Ansichten von Rollen 184 mit einer Vorform der Korrosionsschutzstrukturen 110 und der elektrischen Verbindungsstrukturen 117 für Packages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Somit können die bimetallischen Streifen der Korrosionsschutzstruktur 110, welche neben der elektrischen Verbindungsstruktur 117 gemäß 6 und 7 angeordnet ist, als eine Sektion einer endlosen Vorform gebildet sein, welche auf einer Rolle 184 aufgerollt ist.
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Gemäß 6 und 7 sind bimetallische Streifen gezeigt, welche, nebeneinander und integral verbunden, einen endlosen Streifen einer elektrischen Verbindungsstruktur 117 (beispielsweise aus Kupfer) und einer Korrosionsschutzstruktur 110 (beispielsweise aus Aluminium) aufweisen. Das gezeigte Material kann mittels Walzens gebildet werden. Eine Sektion des endlosen Streifens kann abgerollt werden und von der Rolle 184 abgeschnitten werden, um einen entsprechenden Leiter 126 zu bilden.
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Gemäß 6 ist ein einzelner Streifen der elektrischen Verbindungsstruktur 117 nebeneinanderliegend und mit einem einzelnen Streifen der Korrosionsschutzstruktur 110 ausgerichtet.
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Gemäß 7 umschließen allerdings zwei Streifen (mit verschiedenen Breiten) der elektrischen Verbindungsstrukturen 117 seitlich einen sich parallel erstreckenden Streifen einer Korrosionsschutzstruktur 110 dazwischen.
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8 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 160 mit einem Sensorpackage 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Folglich kann das Sensorpackage 100 für eine Außenanwendung verwendet werden, welche eine Automobilanwendung sein kann. Gemäß 8 wird das Package 100 als ein Sensor in einem Abgassystem 166 des Fahrzeugs 160 verwendet. Der Sensor kann beispielsweise ein Drucksensor sein.
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Somit kann das Sensorpackage 100 einen Teil eines Abgassystems 166 bilden und kann somit während der Verwendung einer äußerst korrosiven Umgebung ausgesetzt sein. Das Sensorpackage 100 ist mit einem Steuerblock 162 elektrisch gekoppelt, welcher den Betrieb des Fahrzeugs 160 steuert, insbesondere den Betrieb eines Motors 164 davon steuert.
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9 zeigt eine schematische Ansicht einer Offshore Windenergieanlage 170 mit Sensorpackages 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. Insbesondere werden die Packages 100 hier als Sensoren einer Offshore Windenergieanlage 170 verwendet. Die Offshore Anwendung gemäß 9 platziert die Packages 100 in einer äußerst korrosiven Meeresumgebung (siehe Bezugsziffer 172). Sensorpackages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind an verschiedenen Abschnitten der Windenergieanlage 170 montiert, um bestimmte Daten zu detektieren. Das Bereitstellen der Sensorpackages 100 mit einem Korrosionsschutz, wie vorangehend beschrieben, kann die Lebensdauer der Sensorpackages 100 signifikant verlängern, wenn sie dem korrosiven Meerwasser oder der Meeresluft ausgesetzt sind.
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10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Leiters 126 eines leiterrahmenartigen Trägers 114 eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Gemäß 10 weist das Package 100 eine Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 auf, welche die Korrosionsschutzstruktur 110 selektiv bedeckt und welche zum Verstärken des Korrosionsschutzes der Korrosionsschutzstruktur 110 konfiguriert ist. Beispielsweise kann die Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 eine Anodisierungsbeschichtung, eine zweite-Stufe-Korrosionsschutzstruktur aus einem Material, welches konfiguriert ist, als Elektronendonator für die Korrosionsschutzstruktur 110 zu funktionieren, eine Passivierungsbeschichtung, eine Phosphatierungsbeschichtung, eine Aufbau-Schweißen-Beschichtung, eine Plasmaoxidationsbeschichtung und/oder eine Plasma-Keramik Konversionsbeschichtung sein. Wie gezeigt, bedeckt die Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 selektiv nur die Korrosionsschutzstruktur 110, jedoch nicht die elektrische Verbindungsstruktur 117.
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10 zeigt somit eine Ausführungsform, in welcher zwei Sektionen einer elektrischen Verbindungsstruktur 117 (beispielsweise aus Kupfer) zwischen einer zentralen Sektion einer Korrosionsschutzstruktur 110 aus Aluminium oder Ähnlichem angeordnet sind. Es ist ferner ersichtlich, dass freiliegende Oberflächenabschnitte der Korrosionsschutzstruktur 110 wiederum mit der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur 150 bedeckt sind, beispielsweise eine Zink- oder Aluminiumoxidschicht. Die Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 kann selektiv nur auf Oberflächen aufgebracht sein, welche sich auf die Korrosionsschutzstruktur 110 beziehen.
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11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Leiters 126 eines leiterrahmenartigen Trägers 114 eines Packages 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
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Die Ausführungsform von 11 zeigt eine Basis oder einen Bulk-Körper aus einer elektrischen Verbindungsstruktur 117 mit einer Schicht der Korrosionsschutzstruktur 110, welche nur auf einem Teilabschnitt einer oberen Hauptoberfläche der schichtförmigen elektrischen Verbindungsstruktur 117 aufgebracht ist. Wieder kann die Oberfläche der Korrosionsschutzstruktur 110 selektiv mit der Korrosionsschutz verstärkenden Struktur 150 bedeckt sein, beispielsweise eine Aluminiumoxidschicht, welche wie vorangehend beschrieben herstellbar ist. Anschaulich kann die Korrosionsschutz verstärkende Struktur 150 die Korrosionsschutzfunktion der Korrosionsschutzstruktur 110 steigern.
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12 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anordnung 130 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Anordnung 130 weist ein Package 100 mit der Korrosionsschutzstruktur 110, wie vorangehend beschrieben, auf. Das Package 100 ist auf einer Montierstruktur 132, welche hier als gedruckte Leiterplatte (PCB) konfiguriert ist, montiert und elektrisch damit verbunden. Wie gezeigt, ist der freiliegende Abschnitt der elektrischen Verbindungsstruktur 117 des Packages 100 elektrisch mit einem elektrischen Kontakt 134 verbunden, welcher als eine Plattierung in einer Durchgangsöffnung der Montierstruktur 132 verkörpert ist. Alternativ kann die elektrische Verbindungsstruktur 117 auch auf die Montierstruktur 132 gelötet oder gesintert sein, d. h. kann mit der Montierstruktur 132 mit einem Verbindungsmedium verbunden sein, beispielsweise einer Lötpaste oder einer Sinterpaste. Die Korrosionsschutzstruktur 110 schützt die elektrische Verbindungsstruktur 117 gegen Korrosion.