DE102009045063A1 - Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls - Google Patents
Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009045063A1 DE102009045063A1 DE102009045063A DE102009045063A DE102009045063A1 DE 102009045063 A1 DE102009045063 A1 DE 102009045063A1 DE 102009045063 A DE102009045063 A DE 102009045063A DE 102009045063 A DE102009045063 A DE 102009045063A DE 102009045063 A1 DE102009045063 A1 DE 102009045063A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- power semiconductor
- substrate
- heat sink
- semiconductor module
- module according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
- H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
- H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
- H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
- H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul (100) mit einem Substrat (2), sowie mit einem Kühlkörper (3), der aus einer kunststoffbasierten Spritzgussmasse gebildet ist, die eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 5 W/(mK) aufweist, und der das Substrat (2) unmittelbar kontaktiert. Auf dem Substrat (2) ist ein Leistungshalbleiterchip (1) angeordnet. Der Kühlkörper (3) kann dabei an die Unterseite (26) des Substrats (2) angespritzt sein. Zusammen mit einem mit einem solchen Leistungshalbleitermodul (100) verbindbaren Kühlkörperzusatz (200) entsteht ein Leistungshalbleitermodulsystem (400) mit einem Kühlmittelkanal (201) zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels.
Description
- Die Erfindung betrifft Leistungshalbleitermodule. Leistungshalbleitermodule enthalten einen oder mehrere Leistungshalbleiterchips, deren beim Betrieb des Moduls anfallende Verlustwärme abgeführt werden muss, um eine Überhitzung des Leistungshalbleiterchips zu vermeiden. Hierzu wird ein Kühlkörper auf eine metallische Außenfläche des Leistungshalbleitermoduls geschraubt oder geklemmt. Außerdem werden zwischen das Modul und den Kühlkörper Wärmeleitpasten oder Wärmeleitfolien als dünne Schicht eingebracht, um den Wärmeübergang zu verbessern.
- Eine besonders gute Wärmeableitung lässt sich dabei mit Flüssigkeitsgekühlten Kühlkörpern erreichen. In der Regel sind solche Kühlkörper als Aluminiumblock ausgebildet, in den Strukturen eingearbeitet sind, durch die das Kühlmedium strömt.
- Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei Modulen, die eine Bodenplatte aufweisen, auf der ein oder mehrere mit Leistungshalbleiterchips bestückte Schaltungsträger angeordnet sind, die Bodenplatte direkt mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt zu bringen. Die Bodenplatten bestehen in der Regel aus Kupfer oder Aluminum.
- Um die Wärmeübertragung zum Kühlmedium zu verbessern, kann die Bodenplatte Strukturen, z. B. Rauten oder Dome, enthalten, die zu einer erheblichen Oberflächenvergrößerung führen und Turbulenzen erzeugen, wodurch sich die Kühlwirkung verbessert. Solche Strukturen können mit spanenden Verfahren hergestellt werden. Auch MIM (metal injection molding) und Druckguss sind bedingt möglich.
- Die Kühlkörper bei all diesen Ausführen sind aus Metall und besitzen daher ein hohes Gewicht, was beispielsweise beim Einsatz in Automobil- oder Flugzeugbau nicht erwünscht ist. Spanend hergestellte Kühlkörperstrukturen sind aufgrund langer Prozesszeiten teuer und unflexibel. Akzeptable Kosten sind spanend nur durch Sägen zu erreichen. Rotationssymmetrische Dome erfordern hingegen erheblichen Aufwand. Prozessbedingt ist die Geometrie der hergestellten Strukturen stark eingeschränkt.
- Das MIM Verfahren ist zwar grundsätzlich für die Herstellung von Bodenplatten für Leistungshalbleitermodule geeignet. Es gibt aber nur sehr wenige Hersteller, die den Prozess beherrschen und geeignete Anlagen dafür besitzen. Mit gegossenen Bodenplatten wird in der Regel nicht die erforderliche Oberflächengüte erreicht. Dadurch ist wiederum eine spanende Nachbearbeitung erforderlich.
- Auf den genannten Kühlkörpern werden die Schaltungsträger durch Löten oder NTV (NTV = Niedertemperaturverbindungstechnik) befestigt. Diese Prozesse sind jedoch sehr kostenintensiv.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul und ein Leistungshalbleitermodul mit hervorragender Wärmeabfuhr und prozesstechnisch einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit bereitzustellen. Außerdem soll bei Bedarf auch die Möglichkeit bestehen, zur Kühlung ein flüssiges Kühlmedium einzusetzen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit diesen Eigenschaften bereitzustellen.
- Diese Aufgaben werden durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 1, durch ein Leistungshalbleitermodulsystem gemäß Patentanspruch 22 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Patentanspruch 23 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Ein nachfolgend erläutertes Leistungshalbleitermodul umfasst ein Substrat, einen oder mehrere auf dem Substrat angeordnete Leistungshalbleiterchips, sowie einen Kühlkörper, der das Substrat unmittelbar kontaktiert. Der Kühlkörper ist aus einer kunststoffbasierten Spritzgussmasse gebildet, die eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 5 W/(mK) aufweist. Solche hoch wärmeleitfähigen, kunststoffbasierten Spritzgussmassen sind bislang mit Wärmeleitfähigkeiten bis etwa 100 W/(m·K) verfügbar.
- Zusammen mit einem Kühlkörperzusatz, der mit einem solchen Leistungshalbleitermodul verbindbar ist, entsteht ein Leistungshalbleitermodulsystem. Wenn das Leistungshalbleitermodul mit dem Kühlkörperzusatz verbunden ist, bilden das Leistungshalbleitermodul und der Kühlkörperzusatz einen Kühlmittelkanal zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels.
- Zur Herstellung des beschriebenen Leistungshalbleitermoduls können zunächst eine Spritzgussform und ein Substrats bereitgestellt und das Substrat in die Spritzgussform eingelegt werden. Dann kann ein Kühlkörper erzeugt werden, indem eine kunststoffbasierte Spritzgussmasse, die eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 5 W/(mK) aufweist, so an das in die Spritzgussform eingelegte Substrat angespritzt wird, dass die Spritzgussmasse das Substrat unmittelbar kontaktiert.
- Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, das sich ein bei einem herkömmlichen Modul erforderlicher Prozessschritt, bei dem das Substrat mit einer Grundplatte des Leistungshalbleitermoduls verbunden wird, erübrigt. Ebenso entfällt die Verwendung einer wärmeleitenden Paste zwischen dem Substrat und dem Kühlkörper. Ein weiterer Vorteil besteht in einer Verringerung des Gewichts: Im Vergleich zu Aluminium, aus dem herkömmliche Kühlkörper hergestellt werden, weist der hoch wärmeleitende Kunststoff des Kühlkörpers eine nur etwa halb so große Dichte auf. Noch ein anderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass Kühlkörper aus einem hoch wärmeleitenden, kunststoffbasierten Kühlkörper anders als herkömmliche metallische Kühlkörper in Abhängigkeit von dem verwendeten Kühlmedium nicht mit einer Korrosionsschutzschicht z. B. aus Nickel, Titan oder Chrom versehen werden müssen. Vielmehr kann bei einem solchen hoch wärmeleitenden, kunststoffbasierten Kühlkörper auf jegliche Beschichtung verzichtet werden. Dennoch können optional Beschichtungen aufgebracht werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Vertikalschnitt durch ein Substrat, das beispielhaft als metallisiertes Keramiksubstrat ausgebildet ist, und an das ein Kühlkörper angespritzt ist; -
2 einen Vertikalschnitt durch die noch in die Spritzgussform eingelegte Anordnung gemäß1 nach dem Spritzvorgang; -
3 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung gemäß2 nach dem Spritzvorgang, wobei das Substrat bereits vor dem Anspritzen des Kühlkörpers mit einem oder mehreren Leistungshalbleiterchips bestückt wurde; -
4 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, bei dem das Substrat auf seiner dem Kühlkörper abgewandten Seite mit einer herkömmlichen, elektrisch isolierenden und ein Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls bildenden Spritzgussmasse umspritzt ist; -
5 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung gemäß4 mit dem Unterschied, dass das Substrat nicht als Keramiksubstrat sondern als mit einer Isolatorschicht versehener metallischer Leadframe ausgebildet ist; -
6A –6E die mit Verankerungsstrukturen versehenen Unterseiten verschiedener Substrate zur Verbesserung der Anhaftung eines an die jeweilige Unterseite anzuspritzenden Kühlkörpers; -
7 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, das ergänzend zu dem Leistungshalbleitermodul gemäß4 eine Verbindungsstruktur aufweist, bei der ein Vorsprung am Kühlkörper in eine Vertiefung am Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls eingespritzt ist; -
8 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, das sich von dem Leistungshalbleitermodul7 dadurch unterscheidet, dass das Gehäuse nicht durch Umspritzen des Leistungshalbleiterchips gebildet ist, sondern durch einen Gehäuserahmen, in den das bestückte Substrat eingesetzt ist; -
9 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodulsystem mit einem gemäß8 ausgebildeten Leistungshalbleitermoduls, das zur Ausbildung eines Kühlmittelkanals, der zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels dient, mit einem Kühlkörperzusatz verbunden ist; und -
10 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, das sich von dem in8 gezeigten Leistungshalbleitermodul durch besonders lang ausgebildete Kühlrippen unterscheidet. - Die gezeigten Figuren sind, sofern nichts anders erwähnt ist, nicht maßstäblich. Sie dienen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausgestaltungen beschränkt.
- Die in der nachfolgenden ausführlichen Figurenbeschreibung verwendete, richtungsgebundene Terminologie (z. B. Begriffe wie ”oben”, ”unten”, ”links”, ”rechts”, ”vorne”, ”hinten”, ”seitlich”, ”auf”, ”unter” usw.) bezieht sich auf die jeweilige Figur. Sie wird lediglich dazu verwendet, das Verständnis der Figuren zu erleichtern. Grundsätzlich können die gezeigten Elemente räumlich beliebig angeordnet werden, sofern sich aus der Beschreibung nichts anders ergibt. Im Übriger bezeichnen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt, in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Elemente mit gleicher oder einander entsprechender Funktion.
-
1 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Substrat2 , an das ein Kühlkörper3 angespritzt ist. Das Substrat2 weist einen Isolationsträger20 auf, der auf seiner Oberseite mit einer strukturierten oberseitigen Metallisierung21 und auf seiner Unterseite mit einer unterseitigen Metallisierung22 versehen ist. Bei dem Isolationsträger20 kann es sich beispielsweise um ein flaches Keramikplättchen, z. B. aus Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN), Si3N4 oder aus einem anderen Keramikmaterial handeln. Die oberseitige Metallisierung21 und/oder die unterseitige Metallisierung22 kann beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Bei dem Substrat2 kann es sich z. B. um ein DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), ein DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding) oder um ein AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) handeln. - Das Substrat
2 weist eine Oberseite25 auf, sowie eine Unterseite26 , an die der Kühlkörper3 angespritzt ist. Die Oberseite25 und die Unterseite26 bilden Hauptseiten des Substrats2 . Als Hauptseiten werden dabei die beiden flächenmäßig größten Seiten des Substrats verstanden, d. h. jede weitere Seite des Substrats2 weist eine Fläche auf, die sowohl kleiner ist als die Fläche der ersten Hauptseite25 als auch kleiner als die Fläche der zweiten Hauptseite26 . - Der Kühlkörper
3 ist so an das Substrat2 angespritzt, dass er dessen Unterseite26 , nicht jedoch dessen Oberseite25 kontaktiert. Die Oberseite25 des Substrats2 umfasst die Oberseite der oberseitigen Metallisierung21 , sowie die nicht von der oberseitigen Metallisierung25 bedeckten Abschnitte der Oberseite des Isolationsträgers20 . Entsprechend umfasst die Unterseite26 des Substrats2 die Unterseite der unterseitigen Metallisierung22 , sowie die nicht von der unterseitigen Metallisierung22 bedeckten Abschnitte der Unterseite des Isolationsträgers20 . - Die den Kühlkörper
3 bildende Spritzgussmasse und damit der Kühlkörper3 können elektrisch leitend sein. Bei der Anordnung gemäß1 ist deshalb der Kühlkörper3 von der oberseitigen Metallisierung25 beabstandet und gegenüber dieser elektrisch isoliert. Außerdem weist der Kühlkörper3 auf seiner dem Substrat2 abgewandten Seite eine Anzahl von Kühlrippen31 auf, um die Oberfläche des Kühlkörpers3 zu vergrößern und damit dessen Kühlwirkung zu verbessern. - Während zur Gehäusung von Halbleitern in der Regel Duroplaste wie Epoxydharze eingesetzt werden, eigenen sich für die Ausbildung der Kühlerstrukturen besonders Thermoplaste wie Polyphenylensulfide (PPS), Polykarbonate (PC), thermoplastische Copolyester (TPC), Polyamide (PA), oder Polypropylene (PP). Diese sind eingehend beschrieben in: "Hochgefüllte Kunststoffe mit definierten magnetischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften", Hrsg.: G. W. Ehrenstein, D. Drummer; Sonderpublikation VDI-Springer Verlag, Düsseldorf 2002.
- Anhand von
2 wird ein Verfahren erläutert, bei dem ein Kühlkörper3 an ein Substrat2 angespritzt wird. Hierzu wird zunächst eine Spritzgussform300 bereitgestellt. Diese Spritzgussform300 kann geöffnet und geschlossen werden. Hierzu weist die Form300 ein oberes Formteil301 und ein unteres Formteil302 auf, die relativ zueinander bewegt werden können, so dass die Form300 geöffnet und geschlossen werden kann. - Die Spritzgussform
300 weist außerdem eine Aussparung auf, in die das Substrat2 eingelegt werden kann. Außerdem ist eine weitere Aussparung vorgesehen, in die nach dem Schließen der Spritzgussform300 und bei eingelegtem Substrat2 eine hoch wärmeleitfähige Spritzgussmasse eingespritzt wird, dabei die Unterseite26 des Substrats2 unmittelbar kontaktiert und nach ihrem Abkühlen den Kühlkörper3 bildet, der aufgrund des Anspritzvorgangs einen festen Verbund mit dem Substrat2 bildet. Nachdem die Spritzgussmasse ausreichend abgekühlt ist, wird der Verbund aus Substrat2 und Kühlkörper3 der Spritzgussform300 entnommen. Danach kann das Substrat2 auf mit einem oder mehreren Leistungshalbleiterchips1 sowie optionalen weiteren für die zu realisierende Schaltung erforderlichen Komponenten bestückt werden. - Als Verbindungstechnik eignet sich hier beispielsweise Löten. Hierzu kann z. B. ein Dampfphasenlötverfahren eingesetzt werden. Dieses zeichnet sich durch eine hohe Energieübertragungsrate aus, außerdem wird der Aufbau sehr gleichmäßig erwärmt.
- Der Kühlkörper
3 weist gegenüber herkömmlichen Kühlkörpern aus Aluminium den Vorteil auf, dass sein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient mit 5 ppm bis 20 ppm an den linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats2 besser angepasst ist, so dass die zwischen dem Substrat2 und dem Kühlkörper3 bei Temperaturänderungen auftretenden Scherkräfte gering gehalten werden können. - Während das Substrat
2 während des anhand von2 erläuterten Spritzgießvorgangs unbestückt ist, zeigt3 eine alternative Ausgestaltung, bei der die oberseitige Metallisierung21 des Substrats2 vor dem Spritzgießvorgang mit einem oder mehreren Leistungshalbleiterchips1 bestückt und im bestückten Zustand in die Form300 eingesetzt wurde. Das Anspritzen des Kühlkörpers3 an die Unterseite26 des Substrats2 erfolgte ebenfalls im bestückten Zustand des Substrats2 . Der Kühlkörper3 kontaktiert weder die Oberseite25 des Substrats2 , noch einen der auf der Oberseite25 montierten Leistungshalbleiterchips1 . - Um bei einem Anspritzen des Kühlkörpers
3 an das bereits mit Leistungshalbleiterchips1 und gegebenenfalls weiteren elektronischen Komponenten bestückte Substrat2 eine Beschädigung der Bestückungskomponenten zu vermeiden, kann vor dem Anspritzen des Kühlkörpers3 an das Substrat2 eine Trennfolie zwischen die mit Leistungshalbleiterchips1 und den optionalen weiteren elektronischen Komponenten bestückte Oberseite des Substrats2 und die Form300 eingelegt werden, die ein Herauslösen des mit dem Kühlkörper3 versehenen Substrats2 aus der Form nach Abschluss des Spritzgießvorgangs erleichtert. - Damit das Substrat
2 nicht in der hoch wärmeleitfähigen Vergussmasse aufschwimmt, können optional Niederhalter in die Form eingesetzt werden, die während des Befüllvorgangs zurückfahren und dadurch das Substrat2 frei geben. -
4 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, welches ein Gehäuse4 aufweist, das durch eine elektrisch isolierende Kunststoffspritzgussmasse erzeugt wurde, die eine andere Materialzusammensetzung aufweist als die kunststoffbasierte Spritzgussmasse, mit der der Kühlkörper3 hergestellt ist. Die Kunststoffspritzgussmasse zur Ausbildung des Gehäuses4 , beispielsweise eine Spritzgussmasse auf Epoxidharzbasis, wurde zur Herstellung des Gehäuses4 an das mit dem Leistungshalbleiterchps1 bestückte Substrat2 so angespritzt, dass das Gehäuse4 die Unterseite26 des Substrats2 nicht oder zumindest nicht vollständig kontaktiert. Wie bei allen anderen Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Kühlkörper3 einen elektrischen Volumenwiderstand von weniger als 109 Ω·cm (1 GΩ·cm) aufweisen. Demgegenüber ist der Volumenwiderstand herkömmlicher Vergussmassen, wie sie zur Gehäusung einzelner Leistungshalbleiterchips eingesetzt werden, mit etwa 1012 Ω·cm (1 TΩ·cm) signifikant höher. - Zur äußeren Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls
100 sind elektrische Anschlüsse23 vorgesehen, die elektrisch leitend mit der auf dem Substrat2 realisierten Schaltung. verbunden sind. Die Anschlüsse23 und die Leistungshalbleiterchips1 sowie weitere optionale, in4 nicht dargestellte elektrische Komponenten und Verbindungselemente wie z. B. passive Bauelemente oder Bonddrähte sind ebenfalls mit der das Gehäuse4 bildenden Spritzgussmasse umspritzt. - Die Herstellung des in
4 gezeigten Leistungshalbleitermoduls100 kann so erfolgen, dass die oberseitige Metallisierung21 an der Oberseite25 des Substrats2 mit den Leistungshalbleiterchips1 sowie gegebenenfalls weiteren elektronischen Komponenten und Verbindungselementen bestückt, verschaltet und elektrisch leitend an die Außenanschlüsse23 angeschlossen wird. In einem nachfolgenden Schritt kann dann das Gehäuse4 mittels eines ersten Spritzgießvorgangs erzeugt werden, wobei die Unterseite26 des Substrats2 zumindest teilweise frei bleibt. - Zur Vorbereitung eines nachfolgenden zweiten Spritzgießvorgangs, in dem der Kühlkörper
3 hergestellt wird, kann dann das bis auf den Kühlkörper3 fertiggestellte Leistungshalbleitermodul100 entsprechend dem anhand der2 und3 erläuterten Verfahren in eine Aussparung einer Spritzgussform eingelegt werden. Die Aussparung muss entsprechend an das mit dem Gehäuse4 versehene, bestückte und verschaltete Substrat2 und die Außenanschlüsse23 angepasst sein. Nach dem Einlegen in die Spritzgießform wird in dem zweiten Spritzgießvorgang der Kühlkörper3 unmittelbar an die Unterseite26 des Substrats2 angespritzt, wie dies entsprechend anhand der2 und3 erläutert wurde. - Alternativ dazu kann auch zunächst der Kühlkörper
3 an das unbestückte (siehe die2 und3 ) oder an das vollständig oder teilweise bestückte Substrat2 (siehe3 ) angespritzt werden. In einem nachfolgenden Schritt kann dann – soweit dies noch erforderlich ist – die Bestückung des Substrats2 mit den Leistungshalbleiterchips1 , den Außenanschlüssen23 und den optionalen weiteren Komponenten fertig gestellt und danach das Gehäuse4 durch Umspritzen der auf dem Substrat2 angeordneten Leistungshalbleiterchips1 und der optionalen weiteren Komponenten erzeugt werden. - Während das Substrat
2 bei der Anordnung gemäß4 einen Isolationsträger20 umfasst, der auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit Metallisierungen21 und22 versehen ist, ist der Schaltungsträger2' bei dem in5 gezeigten Leistungshalbleitermodul100 als metallischer Leadframe27 (”Leiterrahmen”) ausgebildet, der auf seiner den Leistungshalbleiterchips1 abgewandten Seite mit einer Isolatorschicht28 versehen ist. Diese Isolatorschicht28 isoliert den Leadframe27 gegenüber dem elektrisch leitenden Kühlkörper3 . Der Kühlkörper3 kontaktiert die Isolatorschicht28 , nicht jedoch den Leadframe27 . Als Isolatorschicht28 eignet sich beispielsweise eine dünne Keramikschicht oder eine dünne Schicht aus dem Material des Gehäuses4 , oder eine mit Glas oder Keramik gefüllte, isolierende Kunststoff(Epoxidharz-)Schicht. Letztere kann beispielsweise genau einen oder mehrere der folgenden anorganischen Füllstoff umfassen: einem schuppenartigen anorganischen Füllstoff; einem nadelartigen anorganischen Füllstoff; einem anorganischen Füllstoff mit hyperfeinen Körnern, deren mittlerer Durchmesser kleiner oder gleich 1 μm ist. Die Isolatorschicht28 kann beispielsweise aus denselben Materialkombinationen aus Epoxidharz und Füllstoff(en) bestehen und/oder mit demselben Verfahren hergestellt und auf den Leadframe aufgebracht werden wie die in derDE 103 31 857 A1 , insbesondere in den Absätzen [0054] bis [0065] beschriebene Isolierharzschicht6 . Insoweit wird dieDE 103 31 857 A1 ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen. - Um die Haftung zwischen der Unterseite
26 eines Substrats2 und einem an diese Unterseite26 angespritzten Kühlkörper3 zu verbessern, kann die Unterseite26 mit einer dreidimensionalen Verankerungsstruktur versehen werden, die die Kontaktfläche zwischen dem Substrat2 und dem Kühlkörper3 erhöht und somit die Verbindung zwischen dem Substrat2 und dem Kühlkörper3 festigt. Die6A bis6E zeigen verschiedene Beispiele für auf der Unterseite26 eines Substrats2 bzw.2' ausgebildete Verankerungsstrukturen24 . - Bei einem Substrat
2 , welches einen Isolationsträger20 mit einer unterseitigen Metallisierung22 aufweist (siehe die1 bis4 ), können die dreidimensionalen Verankerungsstrukturen24 durch eine oder mehrere Vertiefungen24' in der unterseitigen Metallisierung22 ausgebildet sein. Die Vertiefungen24' können sich bis zum Isolationsträger20 erstrecken, oder aber eine Tiefe aufweisen, die geringer ist als die Dicke der unterseitigen Metallisierung22 , so dass der Isolationsträger20 in keiner der Vertiefungen24' frei liegt, d. h. im Bereich einer jeden der Vertiefungen24' voll-ständig von der unterseitigen Metallisierung22 bedeckt ist. - Bei der Anordnung gemäß
6A ist lediglich eine Vertiefung24' vorgesehen, die eine gitterförmige Struktur aufweist, und die sich nicht bis zum Isolationsträger20 erstreckt. Die Verankerungsstruktur24 umfasst somit säulenartige Fortsätze24'' , die durch Abschnitte der unterseitigen Metallisierung22 gebildet sind, und die in dem Beispiel gemäß6A quadratische oder rechteckige Querschnittsflächen aufweisen können. Beliebige andere Querschnittsflächen können jedoch ebenso gewählt werden. - Bei der Anordnung gemäß
6B ist ebenfalls ist lediglich eine Vertiefung24' vorgesehen, die in der unterseitigen Metallisierung22 ausgebildet ist und die eine gitterförmige Struktur aufweist. Allerdings erstreckt sich diese Vertiefung24' bis zum Isolationsträger20 . Die verbleibenden Abschnitte24'' der unterseitigen Metallisierung22 sind somit voneinander beabstandet. Diese Abschnitte24'' weisen beispielhaft kreisförmige Querschnittsflächen auf. Beliebige andere Querschnittsflächen sind jedoch ebenso möglich. - Bei der Anordnung gemäß
6C umfasst die Verankerungsstruktur24 eine Vielzahl von Vertiefungen24' , die in der unterseitigen Metallisierung22 ausgebildet und voneinander beabstandet sind, und die sich bis zum Isolationsträger20 erstrecken. Die Vertiefungen24' weisen beispielhaft kreisförmige Querschnittsflächen auf. Beliebige andere Querschnittsflächen sind aber ebenso möglich. - Die Anordnung gemäß
6D entspricht der Anordnung gemäß6B mit dem Unterschied, dass die Abschnitte24'' dreieckförmige Querschnittsflächen aufweisen. - Bei der Anordnung gemäß
6E ist die Verankerungsstruktur24 durch längliche Abschnitte der unterseitigen Metallisierung22 gebildet. Diese Abschnitte können optional voneinander beabstandet sein. In6E sind diese Abschnitte beispielhaft als geschlossene, ineinander liegende Ringe ausgebildet. - Alternativ oder ergänzend zu einer anhand der
6A bis6E erläuterten Verankerungsstruktur kann eine Verankerungsstruktur auch durch Aufrauen der Unterseite26 des betreffenden Substrats2 ,2' erzeugt werden. Als Techniken hierzu eignen sich beispielsweise Sandstrahlen und/oder Anätzen. -
7 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul100 , dessen Aufbau dem Aufbau des in5 gezeigten Leistungshalbleitermoduls100 entspricht, das jedoch zusätzlich wenigstens eine Verbindungsstruktur5 aufweist, welche das Gehäuse4 mit dem Kühlkörper3 verbindet. Jede Verbindungsstruktur5 weist eine Vertiefung auf, sowie einen Vorsprung, der formschlüssig in die Vertiefung eingreift. Bei der Anordnung gemäß7 sind die Vorsprünge einstückig mit dem Kühlkörper3 und die Vertiefungen an dem Gehäuse4 ausgebildet. Bei dieser Verbindungsstruktur kann ein Vorsprung während des Spritzgießvorgangs zur Herstellung des Kühlkörpers3 erzeugt werden, während die zugehörige Vertiefung bereits an dem Gehäuse4 ausgebildet ist. - Abweichend davon kann der Vorsprung einer Verbindungsstruktur
5 auch an dem Gehäuse4 und die Vertiefung an dem Kühlkörper3 ausgebildet sein. Bei einer solchen Anordnung kann die Vertiefung während des Spritzgießvorgangs zur Herstellung des Kühlkörpers3 erzeugt werden, während der zugehörige Vorsprung bereits an dem Gehäuse4 ausgebildet ist. - Generell müssen solche Vertiefungen am Kühlkörper
3 und/oder am Gehäuse4 nicht notwendigerweise während des betreffenden Spritzgießvorgangs zu deren Herstellung erzeugt werden. Sie können auch nachträglich beispielsweise durch gerade oder schräge Bohrungen erzeugt werden. -
8 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul100 , dessen Gehäuse4 nicht durch Umspritzen der auf dem Substrat2 angeordneten Komponenten, also z. B. der Leistungshalbleiterchips1 , gebildet ist, sondern das einen Gehäuserahmen umfasst, in dem das Substrat2 angeordnet ist und der optional zur Erhörung der Isolationsfestigkeit von der Oberseite25 des Substrates2 bis wenigstens zur Oberseite der Leistungshalbleiterchips1 beispielsweise mit einem Silikongel45 , vergossen sein kann. Der Gehäuserahmen41 dient dazu, ein Auslaufen der Weichvergussmasse45 beim Vergießen zu verhindern. Dazu muss er vor dem Vergießen ausreichend dicht mit dem Substrat2 verbunden werden. - Wie in
8 gezeigt ist, kann der Gehäuserahmen41 hierzu fest mit dem Kühlkörper3 und, da der Kühlkörper3 durch das Anspritzen bereits fest mit dem Substrat2 verbunden ist, dadurch auch fest mit dem Substrat2 verbunden werden. Eine Möglichkeit zur Herstellung einer solchen Verbindung besteht darin, den bereits mit dem Substrat2 verbundenen Kühlkörper3 mittels einer Verbindungsstruktur5 durch Einschnappen mit dem Gehäuserahmen41 zu verbinden. Eine solche Verbindungsstruktur5 kann beispielsweise durch einen oder mehrere Rastelemente51 ,52 gegeben sein, die fest mit dem Kühlkörper3 verbunden sind, und die nach dem Einschnappen in korrespondierende Aussparungen am Gehäuserahmen41 eingreifen. - Derartige Rastelemente
51 ,52 können im selben Spritzgussschritt wie der Kühlkörper3 erzeugt werden. Hierzu muss die Form300 (siehe die2 und3 ) entsprechende Aussparungen aufweisen. Solche Rastelemente51 ,52 sind dann einstückig mit dem Kühlkörper3 ausgebildet. Alternativ dazu können Rastelemente51 ,52 beispielsweise auch als metallische Federn ausgebildet sein, die beim Anspritzen des Kühlkörpers3 an das Substrat2 in den Kühlkörper3 eingespritzt werden. Anstelle von oder ergänzend zu Rastelementen51 ,52 des Kühlkörpers3 können entsprechende Rastelemente auch am Gehäuserahmen41 vorgesehen sein, die in korrespondierende Vertiefungen im Kühlkörper3 eingreifen. Solche Vertiefungen können ebenfalls beim Anspritzen des Kühlkörpers3 an das Substrat2 erzeugt oder aber nachträglich, beispielsweise durch Bohren, erzeugt werden. - Wie aus
8 außerdem ersichtlich ist, kann ein Spalt6 zwischen dem Substrat2 und dem Gehäuserahmen41 durch Kühlkörper3 abgedichtet werden, um später ein Auslaufen der Weichvergussmasse45 zu verhindern. In diesem Fall erstreckt sie die Weichvergussmasse45 im Bereich des Spalts6 bis zum Kühlkörper3 und kontaktiert diesen. -
9 zeigt ein Leistungshalbleitermodulsystem mit einem Leistungshalbleitermodul100 , das beispielhaft wie das in8 gezeigte Leistungshalbleitermodul100 aufgebaut ist. Das Leistungshalbleitermodul100 ist mit einem Kühlkörperzusatz200 verbunden, so dass im Verbund zusammen mit dem Kühlkörper3 ein Kühlmittelkanal201 zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels entsteht. Der Kühlkörperzusatz200 kann beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall bestehen. Um eine feste Verbindung zwischen dem Kühlkörper3 und dem Kühlkörperzusatz200 zu erreichen, können der Kühlkörper3 und der Kühlkörperzusatz200 beispielsweise mittels Schrauben8 miteinander verschraubt und/oder verklebt werden. Bei einem Kühlkörperzusatz200 aus Kunststoff ist außerdem Kunststoffschweißen als Verbindungstechnik möglich. - Zur Abdichtung kann zwischen dem Kühlkörper
3 und dem Kühlkörperzusatz200 ein Dichtring7 vorgesehen sein, der in eine Nut am Kühlkörper3 und/oder in eine Nut am Kühlkörperzusatz200 eingelegt ist. - Das in
10 gezeigte Leistungshalbleitermodul100 unterscheidet sich von dem in8 gezeigten Leistungshalbleitermodul100 dadurch, dass es besonders lange Kühlrippen31 aufweist und deshalb besonders gut für Luftkühlung geeignet ist. Beliebige andere Leistungshalbleitermodule100 können jedoch ebenso mit besonders langen Kühlrippen31 ausgestattet werden, um eine Luftkühlbarkeit des Leistungshalbleitermoduls100 zu erreichen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10331857 A1 [0044, 0044]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- ”Hochgefüllte Kunststoffe mit definierten magnetischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften”, Hrsg.: G. W. Ehrenstein, D. Drummer; Sonderpublikation VDI-Springer Verlag, Düsseldorf 2002 [0031]
Claims (27)
- Leistungshalbleitermodul, das ein Substrat (
2 ,2' ) und einen auf dem Substrat (2 ,2' ) angeordneten Leistungshalbleiterchip (1 ), aufweist, sowie einen Kühlkörper (3 ), der das Substrat (2 ,2' ) unmittelbar kontaktiert, und der aus einer kunststoffbasierten Spritzgussmasse gebildet ist, die eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 5 W/(mK) aufweist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat (
2 ,2' ) eine erste Hauptseite (25 ) und eine zweite Hauptseite (26 ) aufweist, wobei jede weitere Seite des Substrats (2 ,2' ) eine Fläche aufweist, die sowohl kleiner ist als die Fläche der ersten Hauptseite (25 ) als auch kleiner als die Fläche der zweiten Hauptseite (26 ). - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 2, bei dem der Leistungshalbleiterchip (
1 ) auf der ersten Seite (26 ) angeordnet ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Kühlkörper (
3 ) die zweite Hauptseite (26 ) kontaktiert, nicht jedoch die erste Hauptseite (25 ). - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 4, bei dem der Kühlkörper (
3 ) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 5 ppm bis 20 ppm aufweist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (
3 ) den Leistungshalbleiterchip (1 ) nicht kontaktiert. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Leistungshalbleiterchip (
1 ) keinen Anschlusskontakt aufweist, der zu seiner elektrischen Kontaktierung dient und der außerdem den Kühlkörper (3 ) kontaktiert. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – das Substrat (
2 ) aus einem flachen Isolationsträger (20 ) besteht, der auf einer Oberseite mit einer oberseitigen Metallisierung (21 ) und auf seiner Unterseite mit einer unterseitigen Metallisierung (22 ) versehen ist; – der Leistungshalbleiterchip (1 ) auf der oberseitigen Metallisierung (21 ) angeordnet und mit dieser elektrisch leitend mittels eines Anschlusskontaktes (23 ), der zur elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleiterchips (1 ) dient, verbunden ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 8, bei dem der Isolationsträger (
20 ) als flaches Keramikplättchen ausgebildet ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das Substrat (
2 ) als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding) oder als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Bonding) ausgebildet ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Substrat (
2' ) als rein metallischer Leadframe ausgebildet ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem – das Substrat (
2' ) als metallischer Leadframe (27 ) ausgebildet ist, der auf seiner dem Leistungshalbleiterchip (1 ) abgewandten Seite mit einer Isolatorschicht (28 ) versehen ist; – der Kühlkörper (3 ) die Isolatorschicht (28 ), nicht jedoch den Leadframe (27 ) kontaktiert. - Leistungshalbleiterchip gemäß Anspruch 12, bei dem der Leadframe (
27 ) durch die Isolatorschicht (28 ) gegenüber dem Kühlkörper (3 ) elektrisch isoliert ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem die Isolatorschicht (
28 ) eines der folgenden Materialen oder Materialzusammensetzungen umfasst oder aus einem der folgenden Materialien oder Materialzusammensetzungen besteht: Keramik; mit Glas und/oder Keramik gefülltes Epoxidharz; demselben Material wie ein Gehäuse (4 ), in dem der Leistungshalbleiterchip (1 ) angeordnet ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 14, bei dem die Isolatorschicht (
28 ) aus einem Epoxidharz besteht, dem genau einer oder mehrere der folgenden anorganischen Füllstoffe zugefügt ist: ein schuppenartiger anorganischer Füllstoff; ein nadelartiger anorganischer Füllstoff; ein anorganischer Füllstoff mit hyperfeinen Körnern, deren mittlerer Durchmesser kleiner oder gleich 1 μm ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (
2 ,2' ) auf seiner dem Leistungshalbleiterchip (1 ) abgewandten Seite (26 ) in dem Bereich, in dem es den Kühlkörper (3 ) kontaktiert, eine dreidimensionale Verankerungsstruktur (24 ) aufweist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (
3 ) auf seiner dem Leistungshalbleiterchip (1 ) abgewandten Seite mit Kühlrippen (31 ) versehen ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (
3 ) eines der folgenden Materialen umfasst oder aus einem der folgenden Materialen besteht: einem Polyphenylensulfid (PPS), einem Polykarbonat (PC), einem thermoplastischen Copolyester (TPC), einem Polyamid (PA), einem Polypropylen (PP). - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (
3 ) elektrisch leitend ist. - Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 19, bei dem der Kühlkörper (
3 ) einen Volumenwiderstand von weniger als 109 Ω·cm aufweist. - Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Gehäuse (
4 ), in dem der Leistungshalbleiterchip (1 ) angeordnet ist und das mit dem Kühlkörper (3 ) mittels einer Verbindungsstruktur (5 ) verbunden ist, die eine Vertiefung aufweist, sowie einen Vorsprung, der formschlüssig in die Vertiefung eingreift, und wobei entweder – der Vorsprung an dem Gehäuse (4 ) und die Vertiefung an dem Kühlkörper (3 ); oder – der Vorsprung einstückig mit dem Kühlkörper (3 ) und die Vertiefung an dem Gehäuse (4 ) ausgebildet ist. - Leistungshalbleitermodulsystem mit einem Leistungshalbleitermodul (
100 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, sowie mit einem mit dem Leistungshalbleitermodul (100 ) verbindbaren Kühlkörperzusatz (200 ), der im verbundenen Zustand mit dem Kühlkörper (3 ) einen Kühlmittelkanal (201 ) zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels bildet. - Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Spritzgussform (
300 ) und eines Substrats (2 ); – Einlegen des Substrats (2 ,2' ) in die Spritzgussform (300 ); – Erzeugen eines Kühlkörpers (3 ) durch Anspritzen einer kunststoffbasierten Spritzgussmasse, die eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 5 W/(mK) aufweist, an das in die Spritzgussform (300 ) eingelegte Substrat (2 ,2' ) so, dass die Spritzgussmasse das Substrat (2 ,2' ) unmittelbar kontaktiert. - Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der Leistungshalbleiterchip (
1 ) vor dem Anspritzen des Kühlkörpers (3 ) an das Substrat (2 ,2' ) mit dem Substrat (2 ,2' ) verbunden wird. - Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der Leistungshalbleiterchip (
1 ) nach dem Anspritzen des Kühlkörpers (3 ) an das Substrat (2 ,2' ) mit dem Substrat (2 ,2' ) verbunden wird. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem das Leistungshalbleitermodul (
100 ) gemäß Anspruch 21 ausgebildet ist, und bei dem das Gehäuse (4 ) vor dem Anspritzen mit dem Substrat (2 ,2' ) verbunden wird. - Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem das Gehäuse (
4 ) einen Gehäuserahmen (24 ) umfasst, mit folgenden Schritten: – Einschnappen des Gehäuserahmens (41 ) auf dem mit dem Substrat (2 ,2' ) verbundenen Kühlkörper (3 ) mittels der Verbindungsstruktur (5 ); und – Einfüllen einer Vergussmasse (45 ) in den Gehäuserahmen (41 ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009045063.7A DE102009045063C5 (de) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009045063.7A DE102009045063C5 (de) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009045063A1 true DE102009045063A1 (de) | 2011-03-31 |
DE102009045063B4 DE102009045063B4 (de) | 2015-02-05 |
DE102009045063C5 DE102009045063C5 (de) | 2017-06-01 |
Family
ID=43662593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009045063.7A Active DE102009045063C5 (de) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009045063C5 (de) |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011006329A1 (de) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Elektronikmodul sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102011086193A1 (de) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Osram Gmbh | Leuchtdiodenmodul und verfahren zur fertigung eines leuchtdiodenmoduls |
DE102011088218A1 (de) * | 2011-12-12 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement |
US8637979B2 (en) | 2010-06-15 | 2014-01-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
DE102012216401A1 (de) * | 2012-09-14 | 2014-04-10 | Powersem GmbH | Halbleiterbauelement |
JP2014123659A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 電子機器及びその製造方法 |
JP2014123658A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 電子機器及びその製造方法 |
DE102015115132A1 (de) * | 2015-09-09 | 2017-03-09 | Infineon Technologies Ag | Halbleitermodul mit integrierter Stift- oder Rippenkühlstruktur |
DE102015120100A1 (de) | 2015-11-19 | 2017-05-24 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Elektronisches Modul und Verfahren zur Herstellunq eines elektronischen Moduls |
CN109428132A (zh) * | 2017-08-21 | 2019-03-05 | Zf 腓德烈斯哈芬股份公司 | 电子模块的制造和电子模块 |
EP3595002A1 (de) | 2018-07-12 | 2020-01-15 | Heraeus Deutschland GmbH & Co KG | Metall-keramik-substrat mit einer zur direkten kühlung geformten folie als substratunterseite |
WO2020025443A1 (de) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg | Lüfter mit kühlkörper aus wärmeleitfähigem kunststoff |
WO2020127375A1 (de) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Kühlvorrichtung |
EP3703117A1 (de) | 2019-02-28 | 2020-09-02 | Audi Ag | Stromrichtervorrichtung mit verbesserter integration des kühlerrahmens |
US11121099B2 (en) | 2016-12-29 | 2021-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
WO2022058426A1 (en) * | 2020-09-17 | 2022-03-24 | Hitachi Energy Switzerland Ag | Power module and method for producing a power module |
DE102020215142A1 (de) | 2020-12-01 | 2022-06-02 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul |
WO2023001637A1 (de) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Kostal Automobil Elektrik Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur kühlung eines hochvoltbauteils |
DE102022207429A1 (de) | 2022-07-21 | 2024-02-01 | Zf Friedrichshafen Ag | Entwärmungseinrichtung für einen Stromrichter für ein Fahrzeug, Stromrichter, elektrischer Achsantrieb, Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen einer Entwärmungseinrichtung |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10074590B1 (en) * | 2017-07-02 | 2018-09-11 | Infineon Technologies Ag | Molded package with chip carrier comprising brazed electrically conductive layers |
EP3627546A1 (de) | 2018-09-24 | 2020-03-25 | Infineon Technologies AG | Leistungshalbleitermodulanordnung |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0506509A2 (de) | 1991-03-20 | 1992-09-30 | Fujitsu Limited | Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsteil und Methode zur Herstellung desselben |
US6048919A (en) | 1999-01-29 | 2000-04-11 | Chip Coolers, Inc. | Thermally conductive composite material |
DE69428684T2 (de) | 1993-02-04 | 2002-08-01 | Motorola Inc | Thermisch-leitendes gehaeuse fuer integrierte schaltungen mit radiofrequenz-abschirmung |
US20020109211A1 (en) | 2001-02-09 | 2002-08-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing same |
DE10331857A1 (de) | 2002-11-11 | 2004-05-27 | Mitsubishi Denki K.K. | Gießharzversiegelte Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
US7236368B2 (en) | 2005-01-26 | 2007-06-26 | Power-One, Inc. | Integral molded heat sinks on DC-DC converters and power supplies |
DE102007050405A1 (de) | 2007-10-22 | 2009-04-23 | Continental Automotive Gmbh | Elektrische Leistungskomponente, insbesondere Leistungshalbleiter-Modul, mit einer Kühlvorrichtung und Verfahren zum flächigen und wärmeleitenden Anbinden einer Kühlvorrichtung an eine elektrische |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5158912A (en) * | 1991-04-09 | 1992-10-27 | Digital Equipment Corporation | Integral heatsink semiconductor package |
US5262927A (en) * | 1992-02-07 | 1993-11-16 | Lsi Logic Corporation | Partially-molded, PCB chip carrier package |
CA2255441C (en) * | 1997-12-08 | 2003-08-05 | Hiroki Sekiya | Package for semiconductor power device and method for assembling the same |
US6139783A (en) * | 1999-02-12 | 2000-10-31 | Chip Coolers, Inc. | Method of molding a thermally conductive article |
DE19950026B4 (de) * | 1999-10-09 | 2010-11-11 | Robert Bosch Gmbh | Leistungshalbleitermodul |
DE102005045767B4 (de) * | 2005-09-23 | 2012-03-29 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit Kunststoffgehäusemasse |
US8465175B2 (en) * | 2005-11-29 | 2013-06-18 | GE Lighting Solutions, LLC | LED lighting assemblies with thermal overmolding |
JP4631877B2 (ja) * | 2007-07-02 | 2011-02-16 | スターライト工業株式会社 | 樹脂製ヒートシンク |
-
2009
- 2009-09-28 DE DE102009045063.7A patent/DE102009045063C5/de active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0506509A2 (de) | 1991-03-20 | 1992-09-30 | Fujitsu Limited | Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsteil und Methode zur Herstellung desselben |
DE69428684T2 (de) | 1993-02-04 | 2002-08-01 | Motorola Inc | Thermisch-leitendes gehaeuse fuer integrierte schaltungen mit radiofrequenz-abschirmung |
US6048919A (en) | 1999-01-29 | 2000-04-11 | Chip Coolers, Inc. | Thermally conductive composite material |
US20020109211A1 (en) | 2001-02-09 | 2002-08-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing same |
DE10331857A1 (de) | 2002-11-11 | 2004-05-27 | Mitsubishi Denki K.K. | Gießharzversiegelte Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
US7236368B2 (en) | 2005-01-26 | 2007-06-26 | Power-One, Inc. | Integral molded heat sinks on DC-DC converters and power supplies |
DE102007050405A1 (de) | 2007-10-22 | 2009-04-23 | Continental Automotive Gmbh | Elektrische Leistungskomponente, insbesondere Leistungshalbleiter-Modul, mit einer Kühlvorrichtung und Verfahren zum flächigen und wärmeleitenden Anbinden einer Kühlvorrichtung an eine elektrische |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"Hochgefüllte Kunststoffe mit definierten magnetischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften", Hrsg.: G. W. Ehrenstein, D. Drummer; Sonderpublikation VDI-Springer Verlag, Düsseldorf 2002 |
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011077543B4 (de) * | 2010-06-15 | 2015-04-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
US8637979B2 (en) | 2010-06-15 | 2014-01-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
DE102011006329A1 (de) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Elektronikmodul sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102011086193A1 (de) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Osram Gmbh | Leuchtdiodenmodul und verfahren zur fertigung eines leuchtdiodenmoduls |
DE102011088218A1 (de) * | 2011-12-12 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement |
DE102011088218B4 (de) * | 2011-12-12 | 2015-10-15 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement und Verfahren zur Herstellung |
DE102012216401A1 (de) * | 2012-09-14 | 2014-04-10 | Powersem GmbH | Halbleiterbauelement |
JP2014123658A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 電子機器及びその製造方法 |
JP2014123659A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 電子機器及びその製造方法 |
DE102015115132A1 (de) * | 2015-09-09 | 2017-03-09 | Infineon Technologies Ag | Halbleitermodul mit integrierter Stift- oder Rippenkühlstruktur |
DE102015115132B4 (de) * | 2015-09-09 | 2020-09-10 | Infineon Technologies Ag | Halbleitermodul mit integrierter Stift- oder Rippenkühlstruktur und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE102015120100A1 (de) | 2015-11-19 | 2017-05-24 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Elektronisches Modul und Verfahren zur Herstellunq eines elektronischen Moduls |
DE102015120100B4 (de) | 2015-11-19 | 2023-12-07 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Elektronisches Modul, Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls und Zusammenstellung von übereinandergestapelten elektronischen Modulen |
US11121099B2 (en) | 2016-12-29 | 2021-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
DE112016007562B4 (de) | 2016-12-29 | 2023-06-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
CN109428132A (zh) * | 2017-08-21 | 2019-03-05 | Zf 腓德烈斯哈芬股份公司 | 电子模块的制造和电子模块 |
CN109428132B (zh) * | 2017-08-21 | 2024-03-15 | Zf 腓德烈斯哈芬股份公司 | 电子模块的制造和电子模块 |
EP3595002A1 (de) | 2018-07-12 | 2020-01-15 | Heraeus Deutschland GmbH & Co KG | Metall-keramik-substrat mit einer zur direkten kühlung geformten folie als substratunterseite |
WO2020011905A1 (de) | 2018-07-12 | 2020-01-16 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Metall-keramik-substrat mit einer zur direkten kühlung geformten folie als substratunterseite |
WO2020025443A1 (de) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg | Lüfter mit kühlkörper aus wärmeleitfähigem kunststoff |
DE102018222748B4 (de) | 2018-12-21 | 2023-05-17 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Kühlvorrichtung |
WO2020127375A1 (de) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Kühlvorrichtung |
WO2020173899A1 (en) | 2019-02-28 | 2020-09-03 | Audi Ag | Electric power converter device with improved integration of cooler frame |
EP3703117A1 (de) | 2019-02-28 | 2020-09-02 | Audi Ag | Stromrichtervorrichtung mit verbesserter integration des kühlerrahmens |
WO2022058426A1 (en) * | 2020-09-17 | 2022-03-24 | Hitachi Energy Switzerland Ag | Power module and method for producing a power module |
DE102020215142A1 (de) | 2020-12-01 | 2022-06-02 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul |
DE102020215142B4 (de) | 2020-12-01 | 2022-09-22 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul |
WO2023001637A1 (de) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Kostal Automobil Elektrik Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur kühlung eines hochvoltbauteils |
DE102022207429A1 (de) | 2022-07-21 | 2024-02-01 | Zf Friedrichshafen Ag | Entwärmungseinrichtung für einen Stromrichter für ein Fahrzeug, Stromrichter, elektrischer Achsantrieb, Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen einer Entwärmungseinrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009045063C5 (de) | 2017-06-01 |
DE102009045063B4 (de) | 2015-02-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009045063B4 (de) | Leistungshalbleitermodul mit angespritztem Kühlkörper, Leistungshalbleitermodulsystem und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls | |
DE102008057707B4 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Bauelements einschließlich des Platzierens eines Halbleiterchips auf einem Substrat | |
DE112011103926B4 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE102008061636B4 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE112011105178B4 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE112015000446B4 (de) | Wasserdichte elektronische Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE112013007390B4 (de) | Halbleitermodul, Halbleitervorrichtung und Fahrzeug | |
DE102015210587B4 (de) | Halbleitermodul, halbleitermodulanordnung und verfahren zum betrieb eines halbleitermoduls | |
DE102007034491A1 (de) | Modul mit elektronischem Bauelement zwischen zwei Substraten, insbesondere DCB-Keramiksubstraten, dessen Herstellung und Kontaktierung | |
DE102014118080B4 (de) | Elektronisches Modul mit einem Wärmespreizer und Verfahren zur Herstellung davon | |
DE102007005233A1 (de) | Leistungsmodul | |
DE102012208146A1 (de) | Verbindungssystem zur herstellung elektrischer verbindungen eines leistungshalbleitermoduls und verfahren zur herstellung solcher verbindungen | |
DE102007041926A1 (de) | Verfahren zur elektrischen Isolierung beziehungsweise elektrischen Kontaktierung von ungehäusten elektronischen Bauelementen bei strukturierter Verkapselung | |
DE102013103920B4 (de) | Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Verwenden eines B-Zustand härtbaren Polymers | |
DE102005032076B3 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsmoduls | |
DE102014107909A1 (de) | Leiterplatten und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE112014006653B4 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung | |
WO2012152364A1 (de) | Substrat mit elektrisch neutralem bereich | |
DE102017203132A1 (de) | Leistungsmodul | |
DE102015107109B4 (de) | Elektronische Vorrichtung mit einem Metallsubstrat und einem in einem Laminat eingebetteten Halbleitermodul | |
DE102014213545A1 (de) | Leistungshalbleitermodul | |
DE102012216086A1 (de) | Leistungselektronikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektronikmoduls | |
DE102015115132B4 (de) | Halbleitermodul mit integrierter Stift- oder Rippenkühlstruktur und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE102008040727A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Rotortemperatur einer permanenterregten Synchronmaschine | |
DE102014111439B4 (de) | Elektronikmodul und Verfahren zu dessen Herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R026 | Opposition filed against patent | ||
R034 | Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final | ||
R206 | Amended patent specification |