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Die
Erfindung betrifft ein Modul mit einem Abschirm- und/oder Wärmeableitungselement.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Moduls.
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Bauelemente,
die empfindlich gegenüber elektromagnetischen
Störungen
sind, können
durch geeignete Abschirmelemente vor elektromagnetischer Strahlung
geschützt
werden. Dabei kann entweder das zu schützende Bauelement abgeschirmt werden
oder es kann durch eine Abschirmung des oder der Bauelemente, welche
elektromagnetische Strahlung erzeugen, verhindert werden, dass die elektromagnetische
Strahlung in die Umgebung abgestrahlt wird.
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Viele
moderne Bauelemente erwärmen
sich während
ihres Betriebs. Damit durch die erzeugte Wärme nicht die Funktionsfähigkeit
der Bauelemente beeinträchtigt
wird, wird die während
des Betriebs entstehende Wärme
mittels geeigneter Wärmeableitungselemente
abgeleitet.
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Vor
diesem Hintergrund wird ein Modul gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 14
und 24 sowie ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch
30 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer
Ausgestaltung umfasst ein Modul ein erstes Bauelement und ein Abschirmelement. Das
Abschirmelement ist auf einer ersten Hauptoberfläche des ersten Bauelements
aufgebracht und weist einen Schweißkontakt auf.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung umfasst ein Modul ein erstes Bauelement,
ein zweites Bauelement sowie ein Wärmeableitungselement. Das erste
und das zweite Bauelement sind übereinander
gestapelt. Das Wärmeableitungselement
ist zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement
angeordnet ist und weist mindestens eine frei liegende Oberfläche auf.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung umfasst ein Modul mindestens ein Bauelement,
mindestens eine Verbindungsleitung, welche mit dem mindestens einen
Bauelement verbunden ist, sowie ein leitfähiges Element. Das leitfähige Element
weist mindestens einen Durchlass auf, durch welchen die mindestens
eine Verbindungsleitung geführt
ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung wird bei einem Verfahren ein erstes Bauelement
bereitgestellt und mit einem Abschirm- und/oder Wärmeableitungselement verbunden.
Anschließend
wird das erste Bauelement zusammen mit dem leitfähigen Element auf einen Träger aufgebracht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
In diesen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Moduls 100 als Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines Moduls 200 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung eines Moduls 300 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung eines Moduls 400 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung eines Moduls 500 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 eine
schematische Darstellung eines Moduls 600 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7 eine
schematische Darstellung eines Moduls 700 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 eine
schematische Darstellung eines Moduls 800 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9A und 9B eine
schematische Darstellung eines Moduls 900 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 eine
schematische Darstellung eines Moduls 1000 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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11 eine
schematische Darstellung eines Moduls 1100 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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12 eine
schematische Darstellung eines Moduls 1200 als weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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13 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines
Moduls 1300 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Im
Folgenden werden Module, die Bauelemente umfassen, sowie Verfahren
zur Herstellung der Module beschrieben. Die Erfindung ist unabhängig von
der Art des Bauelements. Bauelemente können jede Art von Elementen
sein. Insbesondere können
die Bauelemente elektrische, elektromechanische und/oder elektrooptische
Bauelemente sein, z.B. integrierte Schaltungen, Sensoren, mikroelektromechanische
Bauelemente (MEMS) oder Laserdioden. Die Bauelemente können auf
Halbleiterbasis hergestellt sein oder auf einem sonstigen Substrat, z.B.
einem Keramiksubstrat, Glassubstrat, Polymer oder PCB, aufgebaut
sein. Die Bauelemente können gehäust oder
ungehäust
sein.
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Gemäß einer
Ausgestaltung umfassen die Module Abschirmelemente. Ein Abschirmelement kann
z.B. dazu dienen, elektromagnetische Strahlung bzw. elektromagnetische
Felder und/oder deren Ausbreitung zu unterdrücken oder zu verringern. Die Unterdrückung bzw.
Verringerung der elektromagnetischen Störungen kann bestimmte Raumrichtungen betreffen
oder auf bestimmte Frequenzen bezogen sein. Ein Abschirmelement
kann z.B. aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise
einem Metall oder einer Legierung oder einem leitfähigen Polymer,
hergestellt sein. Es kann sich auch um eine elektrisch leitfähige Beschichtung
eines ansonsten nicht elektrisch leitfähigen Körpers handeln. Das Abschirmelement
kann z.B. in der Nähe
eines Bauelements angeordnet sein, das gegenüber elektromagnetischen Störungen geschützt werden
soll. Das Abschirmelement kann das Bauelement beispielsweise umhüllen. Unter
Umständen
ist eine vollständige
Umhüllung
des Bauelements durch das Abschirmelement nicht notwendig, da bereits
eine Abschirmung entlang einer oder mehrerer Raumrichtungen ausreichend
ist. Das Abschirmelement kann auch in der Nähe eines Bauelements angeordnet
sein, welches eine elektromagnetische Störstrahlung erzeugt. Dadurch
kann die Abstrahlung der Störstrahlung
an die Umgebung unterdrückt
oder verringert werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung weist ein Abschirmelement einen Schweißkontakt
auf. Der Schweißkontakt
kann auf verschiedene Arten hergestellt werden, beispielsweise mittels
eines Reib-, Laserstrahl- oder Ultraschallschweißverfahrens. Bei einem Reibschweißverfahren
wird die für
das Schweißen
benötigte
Wärme durch
mechanische Reibung generiert, beim Laserstrahl- und Ultraschallschweißverfahren
erfolgt die Energiezufuhr über
einen Laserstrahl bzw. eine von einem Generator erzeugte Ultraschallschwingung.
Mit Hilfe des Schweißkontakts kann
beispielsweise eine Verbindungsleitung, insbesondere ein Bonddraht,
mit dem Abschirmelement verbunden werden.
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Ein
oder mehrere Elemente des Moduls, wie beispielsweise ein oder mehrere
Bauelemente, Abschirmelemente, Verbindungsleitungen oder Wärmeableitungselemente,
können
auf einem Träger
aufgebaut sein. Der Träger
kann z.B. auf Halbleiterbasis hergestellt sein oder aus einem sonstigen
Material, z.B. einem Keramiksubstrat, Glassubstrat, Polymer oder
PCB, gefertigt sein.
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Gemäß einer
Ausgestaltung wird das Bauelement mittels mindestens einer Verbindungsleitung kontaktiert.
Die Verbindungsleitung ermöglicht
eine elektronische Verbindung zwischen dem Bauelement und beispielsweise
einem weiteren Bauelement oder einem Träger. Die Verbindungsleitung
kann aus jedwedem elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. einem Metall
oder einem elektrisch leitfähigen
Polymer, hergestellt sein. Bei der Verbindungsleitung kann es sich um
eine Leiterbahn handeln. Die Verbindungsleitung kann ferner beispielsweise
mittels einer Drahtbond-Technik oder einer Flip-Chip-Technik hergestellt
sein.
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Eine
Ausgestaltung sieht ein Wärmeableitungselement
vor. Das Wärmeableitungselement kann
jedwedes Element sein, das in der Lage ist, Wärme zu leiten und demnach abzuführen. Als
Material für
das Wärmeableitungselement
kann ein Material, beispielsweise ein Metall, eine Legierung, ein Glas
oder ein kristallines Nicht-Metall, eingesetzt werden, das eine
genügend
hohe Wärmeleitzahl
aufweist. Das Wärmeableitungselement ist
beispielsweise dazu ausgelegt, Wärme
abzutransportieren, die von einem oder mehreren Bauelementen des
Moduls erzeugt wird. Das Wärmeableitungselement
kann aber auch Wärme
abführen,
die von Elementen außerhalb
des Moduls erzeugt wird, um die Erwärmung eines oder mehrerer Bauelemente
des Moduls zu verhindern oder zu reduzieren.
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In 1 ist
als Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Modul 100 im Querschnitt dargestellt. Das
Modul 100 umfasst ein Bauelement 10 und ein Abschirmelement 11.
Das Abschirmelement 11 ist auf eine Hauptoberfläche 12 des
Bauelements 10 aufgebracht worden. Das Abschirmelement 11 weist einen
Schweißkontakt 13 auf.
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Das
Abschirmelement 11 dient dazu, elektromagnetische Strahlung
zumindest teilweise zu abzuschirmen. Dabei kann die elektromagnetische
Strahlung beispielsweise von dem Bauelement 10 erzeugt werden.
In diesem Fall verhindert das Abschirmelement 11 die Störung weiterer
Bauelemente durch die von dem Bauelement 10 emittierte
Strahlung. Ferner kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass
das Bauelement 10 durch das Abschirmelement 11 vor einer
elektromagnetischen Störstrahlung
geschützt wird,
welche von einer Strahlungsquelle erzeugt wird, die sich innerhalb
oder außerhalb
des Moduls 100 befindet.
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Als
Materialien für
das Abschirmelement 11 kommen beispielsweise Metalle, wie
z.B. Aluminium, Kupfer, Eisen oder Gold, oder Legierungen oder elektrisch
leitfähige
Polymere oder Graphit infrage. Das Abschirmelement 11 muss
nicht notwendigerweise vollständig
aus diesen Materialien gefertigt sein. Beispielsweise kann das Abschirmelement 11 mit
einem oder mehreren dieser Materialien zumindest teilweise beschichtet
sein.
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Der
Schweißkontakt 13 kann
beispielsweise als elektrische Kontaktierungsmöglichkeit dienen, um eine Beaufschlagung
des Abschirmelements 11 mit einem vorgegebenen elektrischen
Potential, z.B. Masse, zu ermöglichen.
Der Schweißkontakt 13 ist beispielsweise
ein Reibschweißkontakt
oder ein Laserstrahlschweißkontakt
oder ein Ultraschallschweißkontakt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist das Bauelement 10 ein Halbleiterchip.
Die Hauptoberfläche 12 ist
beispielsweise die aktive Hauptoberfläche des Halbleiterchips.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung werden das Bauelement 10 und das
Abschirmelement 11 miteinander verklebt. Ferner kann eine
Folie zwischen das Bauelement 10 und das Abschirmelement 11 eingebracht
werden, die anschließend
erhitzt wird, wodurch sich eine feste Verbindung zwischen dem Bauelement 10 und
dem Abschirmelement 11 ergibt. Es können auch andere Die-Attach-Verfahren zum Verbinden
des Abschirmelements 11 mit dem Bauelement 10 eingesetzt
werden.
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In 2 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Modul 200 dargestellt, bei welchem im Unterschied
zum Modul 100 das Bauelement 10 auf einen Träger 14 montiert
ist und zwischen der Hauptoberfläche 12 des
Bauelements 10 und dem Abschirmelement 11 ein
elektrisch isolierender Abstandshalter 15 angeordnet ist.
Ferner ist das Abschirmelement 13 über einen Bonddraht 16 elektrisch
mit dem Träger 14 verbunden.
Der Bonddraht 16 ist mittels des Schweißkontakts 13 an dem
Abschirmelement 11 befestigt.
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Der
Träger 14 kann
z.B. aus einem Halbleitermaterial, Keramikmaterial, Glas, Polymer
oder PCB gefertigt sein.
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Der
Abstandshalter 15 isoliert das Abschirmelement 11 elektrisch
von dem Bauelement 10. Ferner ermöglicht der Abstandshalter 15,
der den Randbereich der Hauptoberfläche 12 des Bauelements 10 frei
lässt,
einen Zugriff auf den Randbereich der Hauptoberfläche 12 des
Bauelements 10. Sofern das Bauelement 10 beispielsweise
einen Halbleiterchip ist, können
in einfacher Weise elektrisch leitfähige Verbindungen zu Kontaktelementen
des Halbleiterchips, die sich auf der Hauptoberfläche 12 befinden, hergestellt
werden.
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Der
Bonddraht 16 ermöglicht
es, das elektrische Potential des Abschirmelements 11 auf
ein vorgegebenes Potential, beispielsweise Masse, zu legen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung besteht das Abschirmelement 11 aus einer
Basisplatte, die auf dem Abstandshalter 15 befestigt ist
und Seitenteilen, die sich von der Basisplatte in Richtung des Trägers 14 erstrecken.
Wie in 2 dargestellt ist, können die Seitenteile des Abschirmelements 11 derart
ausgestaltet sein, dass sie den Träger 14 nicht berühren. Dies
hat den Vorteil, dass beispielsweise unterhalb der Seitenteile des
Abschirmelements 11 Leiterbahnen auf dem Träger 14 verlaufen
können.
Bei der Erstellung des Layouts des Trägers 14 muss demnach die
Position der Seitenteile des Abschirmelements 11 nicht
berücksichtigt
werden.
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Als
weitere Ausgestaltungen können
weitere Bauelemente zusammen mit dem Bauelement 10 auf dem
Träger 14 angeordnet
sein. Dabei können
die weiteren Bauelemente beispielsweise auf das Bauelement 10 und
das Abschirmelement 11 gestapelt werden und/oder zwischen
dem Bauelement 10 und dem Träger 14 angeordnet
sein. Ferner können
beispielsweise auch mehrere Bauelemente von dem Abschirmelement 11 abgeschirmt
werden. Die Befestigung der einzelnen Bauelemente untereinander
und mit dem Träger 14 und
dem Abstandshalter 15 erfolgt beispielsweise mittels Klebeverfahren
oder sonstiger Die-Attach-Verfahren.
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In 3 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Modul 300 dargestellt, bei welchem die Seitenwände des
Abschirmelements 11 kammartig ausgebildet sind. Darüber hinaus
ist auf das Abschirmelement 11 ein Bauelement 17 gestapelt
und Kontaktelemente der Bauelemente 10 und 17 sind über Verbindungsleitungen 18 elektrisch
mit dem Träger 14 verbunden.
Die Herstellung der Verbindungsleitungen 18 erfolgte vorliegend
mittels einer Drahtbond-Technik. Alternativ können die Verbindungsleitungen 18 auch
mittels anderer Techniken hergestellt werden, beispielsweise kann
zumindest das Bauelement 10 mittels einer Flip-Chip-Technik mit
dem Träger 14 verbunden
werden.
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Die
auf dem Träger 14 angeordneten
Elemente werden gemäß einer
Ausgestaltung durch Umspritzen mit einer Vergussmasse 19 umhüllt. Als Vergussmasse 19 kann
beispielsweise eine Kunststoffmasse, Glob-Top oder Turboplast verwendet werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung weist das Abschirmelement 11 eine vorgefertigte
Struktur auf, d.h. das Abschirmelement 11 ist beispielsweise
nicht aus einem weichen Netz oder einer elektrisch leitfähigen Vergussmasse
gefertigt. Oben wurde bereits erläutert, dass das Abschirmelement 11 beispielsweise aus
einer Basisplatte und Seitenteilen bestehen kann. Z.B. kann das
Abschirmelement 11 ein rechteckiges planares Kupferblech
sein, dessen vier Ränder
jeweils um etwa 90° abgebogen
sind, um auch eine seitliche Abschirmung des Bauelements 10 zu gewährleisten.
Durch die vorgefertigte Struktur kann das Abschirmelement 11,
z.B. mittels eines isolierenden Klebers, auf einfache Weise auf
eine Hauptoberfläche
des Bauelements 10 aufgeklebt werden.
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Wie
in 3 gezeigt ist, können die Seitenwände kammartig
ausgeformt sein. Ferner kann das Abschirmelement 11 in
jedweder geometrischer Form ausgebildet sein. Es ist beispielsweise
denkbar, lediglich eine elektrisch leitfähige Platte zur Abschirmung
elektromagnetischer Strahlung zu verwenden.
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Des
Weiteren kann das Abschirmelement 11 beispielsweise als
Wärmeableitungselement
ausgebildet sein. Neben der Abschirmung elektromagnetischer Strahlung
kommt dem Abschirmelement 11 bei dieser Ausgestaltung die
Aufgabe zu, Wärme
abzuführen, die
beispielsweise von dem Bauelement 10 und/oder dem Bauelement 17 erzeugt
wird. In diesem Fall ist das Abschirmelement 11 aus einem
Material mit einer ausreichend hohen Wärmeleitfähigkeit, z.B. einem Metall,
gefertigt. Die abzuführende Wärme kann
beispielsweise einer Wärmesenke
zugeführt
werden. Alternativ ist es auch denkbar, die bei dem Betrieb des
Moduls 300 entstehende Wärme über das Abschirmelement 11 in
dem Modul 300 zu verteilen. Diese Maßnahme kann für die Kühlung der Bauelemente 10 und/oder 17 bereits
ausreichend sein.
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Gemäß einer
Ausgestaltung sind das Bauelement 10 als Hochfrequenz-Chip
und das Bauelement 17 als Basisband-Chip eines Funksenders und/oder
-empfängers
ausgestaltet. Während
des Sendebetriebs werden in dem Basisband-Chip 17 zu übertragende
Basisband-Signale generiert und über eine
Schnittstelle an den Hochfrequenz-Chip 10 übergeben.
Der Hochfrequenz-Chip 10 mischt die Basisband-Signale auf
eine Sendefrequenz. Die daraus hervorgehenden Hochfrequenz-Signale
werden über
eine Antenne ausgestrahlt. Während
des Empfangsbetriebs werden die von der Antenne empfangenen Hochfrequenz-Signale
von dem Hochfrequenz-Chip 10 entgegengenommen und in das
Basisband gemischt. Danach werden sie dem Basisband-Chip 17 zur
weiteren Verarbeitung übergeben.
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Der
Hochfrequenz-Chip 10 erzeugt eine elektromagnetische Störstrahlung,
die sich nachteilig auf die Funktionsweise des Basisband-Chips 17 auswirken
kann. Die Einwirkung der von dem Hochfrequenz-Chip 10 erzeugten
Störstrahlung
auf den Basisband-Chip 17 wird durch das Abschirmelement 11 zumindest
verringert.
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In 4 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Modul 400 im Querschnitt dargestellt. Das
Modul 400 umfasst Bauelemente 20 und 21,
die übereinander
gestapelt sind. Das Modul 400 umfasst ferner ein Wärmeableitungselement 22,
welches zum Teil zwischen den beiden Bauelemente 20 und 21 angeordnet
ist. Das Wärmeableitungselement 22 weist
zwei O berflächen 23 auf,
die frei liegend sind und demnach von außerhalb des Moduls 400 zugänglich sind.
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Das
Wärmeableitungselement 22 dient
beispielsweise zum Ableiten von Wärme, die von dem Bauelement 20 und/oder
dem Bauelement 21 während
des Betriebs erzeugt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass Wärme abgeführt werden
soll, die von einem weiteren Bauelement, das innerhalb oder außerhalb
des Moduls 400 angeordnet ist, erzeugt wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung sind die Bauelemente 20 und/oder 21 jeweils
ein Halbleiterchip. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung sind die Bauelemente 20 und 21 sowie
das Wärmeableitungselement 22 in
ein Gehäuse
integriert. Beispielsweise sind die Bauelemente 20 und 21 sowie
das Wärmeableitungselement 22 durch
Umspritzen mit einer Vergussmasse 24 derart umhüllt, dass
nur die Oberflächen 23 frei
liegen. Als Vergussmasse 24 kann beispielsweise eine Kunststoffmasse
verwendet werden.
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Das
Wärmeableitungselement 22 kann
in verschiedenen geometrischen Formen ausgebildet sein. Beispielsweise
kann es im Wesentlichen als planare Platte ausgebildet sein. In
diesem Fall kann zumindest eine der Seitenflächen der Platte frei liegend
sein. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass das Wärmeableitungselement 22 eine
Basisplatte aufweist und dass von dieser Basisplatte ein oder mehrere
Wärmeleiter
zu der Oberfläche
des Moduls 400 führen.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist die Basisplatte im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und
auf den vier Ecken der Basisplatte steht im Wesentlichen senkrecht
jeweils ein Wärmeleiter,
der zu der Oberfläche
des Moduls 400 führt.
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Für den Fall,
dass von den Bauelementen 20 und/oder 21 Wärme abgeführt werden
soll, sieht eine Ausgestaltung vor, dass zwischen den Bauelementen 20 und/oder 21 sowie
dem Wärmeableitungselement 22 eine
gute thermische Kopplung besteht, um ein effektives Ableiten der
Wärme zu
gewährleisten. Beispielsweise
kann das Wärmeableitungselement 22 ein
oder zwei zumindest teilweise planare Oberfläche aufweisen, welche mit ebenfalls
planaren Oberflächen
der Bauelemente 20 und/oder 21 verbunden sind.
Eine große
Kontaktfläche
zwischen den Bauelementen 20 und/oder 21 sowie
dem Wärmeableitungselement 22 verbessert
die thermische Kopplung.
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Eine
gute thermische Anbindung der Bauelemente 20 und/oder 21 an
das Wärmableitungselement 22 lässt sich
auch durch eine Lötverbindung
erzielen, welche die Oberflächen
des jeweiligen Bauelements 20 und/oder 21 mit
der Oberfläche
des Wärmeableitungselements 22 verbindet,
z.B. durch Diffusionslöten.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist das Wärmeableitungselement 22 von
dem Träger 25 im
Wesentlichen thermisch entkoppelt. Dies bedeutet insbesondere, dass
kein Wärmeleiter
von dem Wärmeableitungselement 22 zu
dem Träger 25 führt.
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Als
Materialien für
das Wärmeableitungselement 22 eignen
sich insbesondere Metalle, wie z.B. Aluminium, Kupfer, Eisen oder
Gold, oder Legierungen oder kristalline Nicht-Metalle, die eine
ausreichend hohe Wärmeleitzahl
aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung wird das Wärmeableitungselement 22 neben
seiner Wärmeableitungsfunktion
als Abschirmelement zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung
genutzt. In diesem Fall kann für
das Wärmeableitungselement 22 ein
Material, beispielsweise ein Metall, gewählt werden, welches sich auch
zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung eignet. Falls das
Wärmeableitungselement 22 nicht
aus einem elektrisch leitfähigen
Material hergestellt ist, kann es mit einem elektrisch leitfähigen Material
beschicht werden. Darüber hinaus
kann das Wärmeableitungselement 22,
beispielsweise über
einen Schweißkontakt
(z.B. einen Bonddrahtkontakt), mit einem vorgegebenen elektrischen
Potential, z.B. Masse, beaufschlagt werden.
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In 5 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Modul 500 dargestellt, bei welchem auf einem
Träger 25 das
Bauelement 20 und darüber ein
Abstandshalter 26 angeordnet sind. Über den Abstandshalter 26 ist
das Wärmeableitungselement 22 mit
dem Bauelement 21 gestapelt.
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Der
Träger 25 kann
z.B. aus einem Halbleitermaterial, einem Keramikmaterial, Glas,
Polymer oder PCB gefertigt sein. Der Träger 25 kann auch ein Leiterbahnrahmen,
z.B. aus Kupfer, („lead
frame") sein.
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Der
Abstandshalter 26 kann aus einem elektrisch isolierenden
Material bestehen. Z.B. kann der Abstandshalter 26 eine
beidseitig klebende Folie sein.
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Für manche
Anwendungen ist es wünschenswert,
dass das Material des Abstandshalters 26 auch thermisch
isolierend ist. Wenn z.B. das Bauelement 20 und der Träger 25 thermisch
von einem Hochleistungsbauelement 21 entkoppelt werden
sollen, so trägt
das thermisch isolierende Material des Abstandshalters 26 dazu
bei, dass der Wärmefluss vom
Bauelement 21 zum Bauelement 20 geschwächt und
die Wärmeableitung über das
Wärmeableitungselement 22 erhöht wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung können
die Bauelemente 20 und 21 Halbleiterchips sein,
die über Verbindungsleitungen 27 mit
dem Träger 25 elektrisch
verbunden sind. Die elektrische Kontaktierung kann beispielsweise,
wie es in 5 dargestellt ist, mittels einer
Drahtbond-Technik erfolgen. Alternativ kann zumindest das Bauelement 20 mittels
einer Flip-Chip-Technik
mit dem Träger 25 verbunden
werden.
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Als
weitere Ausgestaltungen können
weitere Bauelemente zusammen mit den Bauelementen 20 und 21 auf
dem Träger 25 angeordnet
sein. Dabei können
die weiteren Bauelemente beispielsweise auf das Bauelement 21 gestapelt
werden und/oder zwischen dem Wärmeableitungselement 22 und
dem Träger 25 angeordnet
werden. Die Befestigung der einzelnen Bauelemente untereinander
und mit dem Träger 25 erfolgt
beispielsweise mittels Klebe- oder Lötverfahren oder sonstiger Die-Attach-Verfahren.
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Bei
dem in 5 gezeigten Modul 500 wird die abzuführende Wärme über die
frei liegenden Oberflächen 23 in
die Umgebung abgestrahlt. Als alternative Ausgestaltung ist in 6 als
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Modul 600 dargestellt, bei welchem eine
Wärmesenke 28 auf
dem durch die Vergussmasse 24 gebildeten Gehäuse angeordnet
ist und thermisch an die Oberflächen 23 des Wärmeableitungselements 22 gekoppelt
ist. Die Wärmesenke 28 weist
eine große
Oberfläche
auf und kann demnach vergleichsweise viel Wärme pro Zeiteinheit an die
Umgebung abführen.
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Als
Materialien für
die Wärmesenke 28 kommen
die gleichen Materialien wie für
das Wärmeableitungselement 22 infrage.
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Die
Wärmesenke 28 kann
entweder bei der Herstellung des Moduls 600 auf dem durch
die Vergussmasse 24 gebildeten Gehäuse befestigt werden oder sie
kann in einem späteren
Arbeitsschritt auf dem Gehäuse
angebracht werden.
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In 7 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Modul 700 dargestellt, das in weiten Teilen
dem Modul 600 entspricht. Im Unterschied zum Modul 600 weist
das Wärmeableitungselement 22 des
Moduls 700 im Wesentlichen kammartige Seitenteile auf,
die von der Basisplatte des Wärmeableitungselements 22 zu
den Oberflächen 23 bzw.
der Wärmesenke 28 führen. Die
Vielzahl der Wärmeleiter gewährleistet
eine gute Ableitung der Wärme
aus dem Modul 700.
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In 8 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Modul 800 dargestellt, das in weiten Teilen
dem Modul 600, entspricht. Im Unterschied zum Modul 600 umfasst
das Modul 800 ein weiteres Wärmeableitungselement 29,
das auf dem Bau element 21 angeordnet ist und Oberflächen 30 aufweist, die
entweder frei liegend sind oder mit der Wärmesenke 28 verbunden
sind. Durch das zusätzliche Wärmeableitungselement 29 wird
eine verbesserte Kühlung
des Bauelements 21 bewirkt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung sind das Bauelement 21 als Hochfrequenz-Chip
und das Bauelement 20 als Basisband-Chip eines Funksenders und/oder
-empfängers
ausgestaltet. Während
des Betriebs erwärmt
sich der Hochfrequenz-Chip 21 in der Regel. Die entstehende
Wärme wird über das Wärmeableitungselement 22 und
gegebenenfalls das Wärmeableitungselement 29 abgeführt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung werden die Wärmeableitungselemente 22 und/oder 29 zusätzlich als
Abschirmelemente zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung genutzt.
Um in diesem Fall die Wärmeableitungselemente 22 und/oder 29 mit
einem vorgegebenen elektrischen Potential, insbesondere Masse, beaufschlagen
zu können,
sind die Wärmeableitungselemente 22 und/oder 29 mit dem
Träger 25 und/oder
den Bauelementen 20 und/oder 21 elektrisch verbunden.
Beispielsweise kann das Wärmeableitungselement 22 mit
der Unterseite des Bauelements 21 durch einen elektrisch
leitfähigen
Klebstoff oder durch Diffusionsbonden elektrisch verbunden sein.
Das Wärmeableitungselement 29 kann
mit der aktiven Oberseite des Bauelements 21 elektrisch
verbunden sein. Eine elektrische Verbindung des Wärmeableitungselements 22 mit
dem Träger 25 ist
in 8 beispielhaft durch einen Bonddraht 31 dargestellt.
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In 9A und 9B ist
als weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Modul 900 im Querschnitt bzw. perspektivisch
dargestellt. Das Modul 900 umfasst ein Bauelement 40,
ein leitfähiges Element 41 und
eine Verbindungsleitung 42, welche mit dem Bauelement 40 verbunden
ist. Das leitfähige Element 41 weist
jedoch einen Durchlass auf, durch welchen die Verbindungsleitung 42 geführt ist.
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Das
Bauelement 40 ist beispielsweise ein Halbleiterchip, welcher
mittels der als Bonddraht ausgestalteten Verbindungsleitung 42 kontaktiert
ist. Das leitfähige
Element 41 kann als Abschirmelement und/der Wärmeableitungselement
ausgeführt
sein. Im ersten Fall sind zumindest Teile des Elements 41 elektrisch
leitfähig,
während
im zweiten Fall eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit des Elements 41 gegeben
sein muss.
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In 9A und 9B ist
das leitfähige
Element 41 im Wesentlichen kastenförmig ausgebildet. Es kann wie
das in 1 bereits gezeigte Abschirmelement 11 eine
vorgefertigte Struktur sein, z.B. eine Basisplatte aus Kupfer mit
vier an der Basisplatte befestigten Seitenwänden. Eine Seitenwand weist eine
Aussparung als Durchlass für
die Verbindungsleitung 42 auf. Das leitfähige Element 41 ist
so auf dem Bauelement 40 angeordnet, dass die Oberseite des
Bauelements 40 vollständig
von der Basisplatte des leitfähigen
Elements 41 abgedeckt ist und die Seitenwände des
Bauelements 40 zumindest zum Teil von den Seitenwänden des
leitfähigen
Elements 41 bedeckt sind. Als Alternative ist es beispielsweise auch
denkbar, dass die Basisplatte des leitfähigen Elements 41 die
Unterseite des Bauelements 40 abdeckt.
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10 und 11 zeigen
als weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung Module 1000 und 1100 in perspektivischen
Darstellungen. Bei den Modulen 1000 und 1100 ist
das leitfähige
Element 41 in unterschiedlicher Weise ausgestaltet.
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Das
in 10 gezeigte leitfähige Element 41 besteht
aus einer durchgehenden Basisplatte und kammartigen Seitenwänden. Durch
die Durchlässe, welche
sich aufgrund der kammartigen Struktur der Seitenwände ergeben,
können
jeweils eine oder mehrere Verbindungsleitungen 42 geführt werden.
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Das
in 11 gezeigte leitfähige Element 41 besteht
aus einer netzartige Struktur. Die Verbindungsleitungen 42 werden
durch die Netzlaschen geführt.
Bei der Herstellung des in
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11 gezeigten
Moduls 1100 muss das leitfähige Element 41 zunächst auf
das Bauelement 40 aufgebracht werden und anschließend können die Verbindungsleitungen 42 an
dem Bauelement 40 befestigt werden und durch die Netzlaschen
des leitfähigen
Elements 41 geführt
werden. Bei den Ausgestaltungen des leitfähigen Elements 41 gemäß den 9B und 10 können die
Verbindungsleitungen 42 alternativ auch mit dem Bauelement 40 verbunden
werden, bevor das leitfähige
Element 41 auf das Bauelement 40 montiert wird.
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In 12 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Modul 1200 dargestellt, das in weiten
Teilen dem in 3 gezeigten Modul 300 entspricht.
Das Bauelement 40 ist auf einen Träger 43 montiert und
zwischen dem Bauelement 40 und dem leitfähigen Element 41 ist
ein isolierender Abstandshalter 44 angeordnet. Auf das
leitfähige
Element 41 ist ein Bauelement 45 aufgebracht.
Das leitfähige Element 41 ist
zur Beaufschlagung mit einem vorgegebenen elektrischen Potential über einen
Bonddraht 46 mit dem Träger 43 verbunden.
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Bei
dem Modul 1200 sind die Seitenwände des leitfähigen Elements 41 kammartig
ausgestaltet. Die Verbindungsleitungen 42, die das Bauelement 40 mit
dem Träger 43 elektrisch
verbinden, sind durch Durchlässe
geführt,
die sich aufgrund der kammartigen Struktur der Seitenwände des
leitfähigen
Elements 41 ergeben. Diese Ausgestaltung ermöglicht zum
einen eine platzsparende und kostengünstige Bauweise, da die Ausdehnung
des leitfähigen
Elements 41 im Vergleich zu dem in 3 gezeigten
Abschirmelement 11 verringert werden kann. Zum anderen
kann aufgrund der in 12 gezeigten Ausgestaltung das
leitfähige
Element 41 mit einem geringeren Seitenabstand um das Bauelement 40 herumgeführt werden,
wodurch eine bessere Abschirmung des Bauelements 40 erzielt
werden kann. Ferner ist es auch möglich, dass leitfähige Element 41 zusätzlich zum
Abführen
oder zum Verteilen von Wärme
zu nutzen.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung, bei denen Verbindungsleitungen durch Durchlässe von
leitfähigen
Elementen geführt
sind, sind durch die in den 5 bis 8 dargestellten
Module 500 bis 800 gegeben. Auch hier weisen die
Wärmeableitungselemente 22 jeweils
Durchlässe
auf, durch welche Verbindungsleitungen 27 geführt werden.
Bei den Modulen 500 bis 800 sind die Durchlässe durch die
Zwischenräume
gegeben, die sich zwischen den zu den Oberflächen 23 führenden
Wärmeleitern
des Wärmeableitungselements 22 ergeben.
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In 13 ist
schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls 1300 als
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Bei dem Verfahren wird zunächst ein
Bauelement 50 mit einem Abschirm- und/oder Wärmeableitungselement 51 verbunden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Bauelement 50 zusammen
mit dem Abschirm- und/oder Wärmeableitungselement 51 auf
einen Träger 52 aufgebracht.
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Ein
Vorteil dieses Verfahrens ist, dass zur Herstellung des Moduls 1300 das
Bauelement 50 und das Abschirm- und/oder Wärmeableitungselement 51 vorab
miteinander werden können
und dass dieses vorgefertigte Modul in einem späteren Verfahrensschritt auf
den Träger 52 aufgebracht
wird. Es ist nicht erforderlich, erst das Bauelement 50 auf
den Träger 52 zu
montieren und anschließend
das Abschirmelement 51 ausgehend von der Oberfläche des
Trägers 52 um
das Bauelement 50 herumzubauen.
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In
entsprechender Weise kann beispielsweise auch das in 3 dargestellte
Modul 300 gefertigt werden. Auch hier können das Bauelement 10,
der Abstandshalter 15 und das Abschirmelement 11 vorab
zusammengefügt
werden. In einem späteren
Verfahrensschritt wird dieses vorgefertigte Modul auf den Träger 14 montiert.
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Ähnliches
kann beispielsweise auch für
das in 5 dargestellte Modul 500 gelten. Das
Bauelement 21 und das Wärmeab leitungselement 22 können vorab
miteinander verbunden werden und in einem späteren Verfahrensschritt auf
den Abstandshalter 26 montiert werden.
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Die
Ausgestaltungen, die vorstehend im Zusammenhang mit den Modulen 200, 300, 500, 600, 700, 800 und 1200 beschrieben
wurden, kann das Modul 1300 in entsprechender Weise ebenfalls
aufweisen.